- •2. Динаміка
- •2.1. Сила як джерело руху.
- •2.2. Закони Ньютона
- •2.2.1. Перший закон Ньютона:
- •2.2.2. Другий закон Ньютона:
- •2.2.3. Третій закон Ньютона.
- •2.3. Імпульс та закон збереження імпульсу
- •2.3.1. Імпульс сили та імпульс тіла
- •2.3.2. Закон збереження імпульсу
- •2.4. Центр мас (інерції)
- •2.5. Реактивний рух
- •2.5.1. Рівняння Мещерського.
- •2.5.2. Формула Ціолковського для максимальної швидкості
- •2.6. Сили в природі
- •2.6.1. Фундаментальні взаємодії у природі.
- •2.6.2. Сили тертя та сили опору.
- •2.6.3. Сили інерції
- •2.7. Робота сили та її обчислення. Потужність. Енергія
- •2.7.1. Робота й потужність.
- •2.7.2. Кінетична та потенціальна енергія тіла.
- •2.7.3. Робота зовнішньої сили. Механічна енергія
- •2.7.4. Закон збереження енергії
- •2.8. Пружні деформації
- •2.8.1. Пружна деформація, закон Гука
- •2.8.1.1. Енергія пружної деформації
- •2.9. Ступені свободи, узагальнені координати
- •2.10.Центральний удар двох куль
- •2.10.1.Центральний абсолютно пружний удар двох куль.
- •2.10.2. Центральний не пружний удар двох куль.
- •2.10.3. Частково пружний удар, коефіцієнт відновлення.
- •2.11. Принцип відносності Галілея
- •2.12.Динаміка обертового руху
- •2.12.1. Момент сили
- •2.12.2. Момент імпульсу
- •2.12.3. Другий закон Ньютона для обертового руху
- •2.12.4. Кінетична енергія тіла, що обертається
- •2.12.5. Момент інерції деяких тіл
- •2.12.5. Теорема Штейнера
- •2.13. Закон збереження моменту імпульсу
- •2.14. Маятник Обербека
- •2.15. Силові поля. Зв’язок сили та потенціальної енергії
- •2.16. Рівновага в механіці
- •2.17. Механіка руху рідини
- •2.18. Рівняння Бернуллі
- •2.19. Контрольні питання
2.10.2. Центральний не пружний удар двох куль.
При цьому ударі тіла деформуються в точці дотику і потім рухаються з однаковою швидкістю U. Рівняння збереження імпульсу має вигляд
,
і звідси
.
(9)
Робота А, витрачена на деформацію, дорівнює різниці енергій шарів до удару і після удару
,
і після підстановки значення
з (9) одержимо
.
2.10.3. Частково пружний удар, коефіцієнт відновлення.
При частково пружному ударі не повністю відновлюється відносна швидкість системи. Можна покласти, що
,
де
коефіцієнт відновлення швидкості. З
рівняння збереження імпульсу тепер
можна знайти швидкості тіл після удару
,
(10)
.
(11)
Рівняння збереження енергії тепер запишеться як
.
(12)
П
ідставляючи
(10-11) у (12) одержимо величину роботи А на
не пружну деформацію тіл
.
(13)
Робота А чисельно дорівнює втраті тілами кінетичної енергії.
Зауважимо, що при k=1 удар буде абсолютно пружним, при k=0 не пружним і при 0 k 1 частково пружним.
2.11. Принцип відносності Галілея
2.11.1. Механічний принцип відносності Галілея полягає у тому, що усі механічні явища в різних інерційних системах протікають за однаковими для цих явищ законами за змістом і формою.
Перетворення координат Галілея: час у різних інерційних системах протікає однаково t=t', а координати при переході з нерухомої системи відліку до рухомої (див. мал. 21) перетворюються лінійно:
,
де
швидкість рухомої системи відносно
нерухомої.
З цього виразу можна одержати рівняння перетворення швидкостей
.
В цьому виразі
абсолютна швидкість,
тобто швидкість тіла в нерухомій системі
відліку,
швидкість тіла в
рухомій системі відліку, яку називають
відносною.
Такі ж вирази можна одержати і для
прискорень
,
.
2.11.2. Рівняння другого закону
Ньютона в нерухомій системі відліку
має вигляд
m,
в рухомій
,
де
сила інерції.
У випадку, коли система K'
інерційна, тобто
,
то
,
і рівняння другого закону Ньютона
зберігають свій вигляд як у нерухомій
так і у рухомій інерційній системі
відліку. Це і пояснює принцип відносності
Галілея.
2.12.Динаміка обертового руху
2.12.1. Момент сили
В
обертовому русі замість сили
використовується момент сили
,
а замість імпульсу
вживається момент імпульсу
.
Момент сили
визначається так, щоб вектори кутової
швидкості та кутового прискорення, які
виникають внаслідок його дії, збігалися
з напрямком
.
Таким чином зазначеній умові відповідає
момент сили
,
який дорівнює векторному добуткові
радіус-вектора
точки прикладання сили відносно початку
відліку О (див. Мал. 22) й вектора сили![]()
.
(1)
,
причому плече сили дорівнює висоті
паралелограма, опущеної на основуF.
Дві
рівні за величиною сили
,
що лежать в одній площині і діють на
тіло в протилежних напрямках,називаються
парою сил. Їх моменти
сил відносно точки О будуть
,
а результуючий момент
за величиною
,
де
плече сили F1,
плече силиF2,
плече пари сил, а F=F1=F2.
2.12.2. Момент імпульсу
Момент імпульсу
тіла визначається як вектор, що дорівнює
векторному добуткові радіус-вектора
(див. Мал. 15) положення
тіла й вектора імпульсу
тіла
.
(2)
Розглянемо
момент імпульсу докладніше, прийнявши
до уваги визначення імпульсу та кутових
і лінійних характеристик обертового
руху. Н
ехай
точкове тіло обертається по колу з
радіусом-вектором положення тіла
лінійній швидкості
.
Вираз (1) у цьому випадку можна послідовно
перетворити у вигляд:
(3)
,
де
,
(4)
момент інерції тіла.
де J величина моменту інерції тіла.
В (3) ми використали відому формулу для подвійного векторного добутку (див. Математичний додаток)
.
Таким чином момент імпульсу
(3) дорівнює добуткові моменту інерції
тіла J
на його кутову швидкість
,
які є аналогами маси тіла m
та його швидкості
у поступальному русі.
