- •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)
Підставляючи (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
Вобертовому русі замість силивикористовується момент сили, а замість імпульсувживається 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-вектораточки прикладання сили відносно початку відліку О (див. Мал. 22) й вектора сили
. (1)
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 моментза 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. Нехай 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.