MetodTM_vse_spets_Ctat_Kin
.pdf
|
Переносное нормальное |
ускорение |
aen |
рассчитывается по формуле: |
||||
an |
= ω2h |
и в момент времени t |
= 1 с an (1) = ω2 |
(1)h = 6 |
|
= 10,4 см/с2. Век- |
||
3 |
||||||||
e |
e e |
1 |
e |
e |
e |
|
||
|
|
|
r |
направлен по линии |
АМ1 к оси |
|||
тор переносного нормального ускорения aen |
||||||||
вращения (см. рис. 3.8). |
|
|
|
|
|
|
||
|
По условию задачи вектор скорости относительного движения точки Vr |
|||||||
лежит в плоскости, перпендикулярной оси переносного вращения, |
то есть, пер- |
пендикулярен вектору угловой скорости переносного движения ωe . Тогда мо-
дуль ускорения Кориолиса при t = 1 с a |
к |
= 2ω V |
= 2 ×1×18π = 113,1 см/с2. |
1 |
e r |
|
r
Так как вектор относительной скорости точки Vr ωe , то по правилу Жу-
ковского для определения направления ускорения Кориолиса достаточно по-
вернуть вектор относительной скорости точки Vr на 90° в сторону переносного движения вокруг оси, параллельной оси вращения и проходящей через точку М1
(см. рис. 3.8). Для определения абсолютного ускорения спроецируем на прямо-
r |
r |
r |
r |
|
r |
r |
угольные оси xМ1y (см. рис. 3.8) векторное равенство a |
= a |
τ + an + a |
τ + an + a . |
|||
|
|
r |
r |
e |
e |
к |
Получим: ay = aeτcos30o + aencos60o + arτ = 97,9 см/с2,
Рис. 3 9. Схема движения точки стержня, укреплённого на электромоторе
ax = −aeτcos60o + aencos30o + arn − aк =228,4 см/с2.
Модуль абсолютного ускорения: a = ax2 + a2y = 248,5 см/с2.
Задача 2. К вращающемуся валу электро-
мотора прикреплён стержень ОМ длины R = 6 см.
Во время работы электромотора точка М стержня из начального положения С перемещается по ду-
ге |
окружности |
согласно |
уравнению |
СМ = |
yr = πt2 см. |
При этом электромотор, уста- |
70
новленный без креплений, совершает горизонтальные гармонические колебания на фундаменте по закону xe = 5sin(πt / 3) см.
Определить абсолютное ускорение точки М в момент времени t1 = 1 с.
Решение
Точка М совершает сложное движение – относительно электромотора и вместе с ним. Относительным движением точки будет её движение по дуге ок-
ружности радиуса R, переносным – поступательное горизонтальное, прямоли-
нейное движение электромотора.
Найдём положение точки относительно электродвигателя в заданный мо-
мент времени. Угол α , отсчитываемый стержнем ОМ от начального положения
ОС, в момент времени t = 1 с составляет α = |
yr (t1) |
= |
π = 30°. Положение точ- |
|
|||
1 |
R |
|
6 |
|
|
ки в момент времени t1 = 1 с отмечено на рис. 3.10 буквой М1.
Относительное движение точки задано естественным способом, как закон изменения длины дуги. Относительная скорость Vr = y&r = 2πt . В момент вре-
мени t1 = 1 с Vr = 6,28 см/с. Вектор Vr относительной скорости направлен пер-
пендикулярно стержню ОМ1 (рис. 3.10). |
|
||||||||
Скорость |
точки в |
переносном |
|
||||||
движении – это скорость горизонталь- |
|
||||||||
ного |
движения |
|
электродвигателя: |
|
|||||
& |
= |
5π |
cos(πt / 3). В момент вре- |
|
|||||
|
|
|
|||||||
Ve = xe |
3 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мени t |
= 1с V |
= |
5π |
cos60o |
= 2,62 см/с. |
|
|||
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
e |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вектор Ve переносной скорости точки |
|
||||||||
М направлен |
параллельно |
линии дви- |
Рис. 3.10. Расчётная схема вычисления |
||||||
жения электродвигателя (см. рис. 3.10). |
абсолютной скорости |
||||||||
и абсолютного ускорения точки |
71
Абсолютная скорость точки определяется на основании теоремы сложе-
ния скоростей при сложном движении: VM =Ve + Vr . Для того, чтобы найти ве-
личину абсолютной скорости выберем оси хМ1у, как показано на рис. 3.10, и
спроецируем векторное равенство сложения скоростей на эти оси. Получим:
V =V −V cos60o = – 0,52 см/с (проекция направлена в отрицательную сторону |
||||||
Mx |
|
e |
r |
|
|
|
оси |
х), |
V |
My |
= V cos30o = 5,44 см/с. Модуль абсолютной скорости |
||
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
= 5,46 см/с. Вектор абсолютной скорости направлен по диаго- |
||
VM = |
VMx2 |
+ VMy2 |
нали параллелограмма, построенного на векторах Ve и Vr .
При поступательном переносном движении точки ωe = 0 и потому aк = 0.
Относительное ускорение точки при движении по окружности раскладывается
|
|
|
|
|
|
r |
r |
|
r |
|
|
||
на две составляющие ar |
= arτ + arn , направленные вдоль стержня ОМ и перпен- |
||||||||||||
дикулярно ему. Кроме |
того, при прямолинейном относительном движении |
||||||||||||
aen = 0. |
В |
результате, |
теорема |
о сложении ускорений принимает |
вид |
||||||||
r |
|
|
rτ |
rn |
r |
|
|
|
|
|
τ |
& |
|
aM |
= ar |
+ ar |
+ ae , |
где |
модули |
векторов вычисляются по формулам ar |
|||||||
= Vr , |
|||||||||||||
n |
|
V 2 |
|
τ |
|
|
|
5π2 |
|
|
|
||
|
|
r |
|
& |
|
|
|
|
|
|
|||
ar |
= |
|
R |
, ae = ae = Ve |
= |
− |
9 |
sin(πt / 3) и в момент времени t1 = 1с равны |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
arτ = 6,28 см/с2, arn |
= 6,57 см/с2, ae |
= – 4,75 см/с2. Направления векторов уско- |
рений показаны на рис. 3.10. Для вычисления модуля абсолютного ускорения точки спроецируем векторное равенство сложения ускорений на оси выбранной ранее системы координат хМ1у. Получим:
aMx = −arτcos60o − arncos30o − ae = – 4,08 см/с2, aMy = arτcos30o − arncos60o = 2,15 см/с2.
Величина абсолютного ускорения aM = aMx2 + aMy2 = 4,61 см/с2.
72
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Бать М. И., Джанелидзе Г. Ю., Кельзон А. С. Теоретическая механика в при-
мерах и задачах: Т.1-2. СПб.: Лань, 2010.
Бутенин Н. В., Лунц Я. Л., Меркин Д. Р. Курс теоретической механики: Т.1-2.
М.: Наука, 2009.
Вебер Г. Э., Ляпцев, С. А. Лекции по теоретической механике. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008.
Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. М.: Высшая школа, 2010.
73
Учебное издание
Юрий Михайлович Казаков
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
сборник заданий для расчетно-графических работ Статика, Кинематика
Учебно-методическое пособие
для самостоятельной работы студентов
Редактор В.В. Баклаева
Подписано в печать Бумага писчая. Формат бумаги 60×84 1/16.
Гарнитура Times New Roman. Печать на ризографе. Печ. л. Уч. изд. л. Тираж экз. Заказ №
Издательство УГГУ 620144, Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
Уральский государственный горный университет Отпечатано с оригинал-макета
в лаборатории множительной техники УГГУ