
- •Раздел 2. Кинематика точки и твердого тела Глава 8. Кинематика точки
- •Введение в кинематику
- •8.2. Способы задания движения точки
- •1) Векторный, 2) координатный, 3) естественный (или траекторный).
- •1. Векторный способ задания движения точки.
- •8.3. Вектор скорости точки
- •8.4. Вектор ускорения точки
- •8.5. Скорость и ускорение точки при координатном способе задания движения
- •8.5.1. Скорость точки
- •8.5.2. Ускорение точки
- •8.6. Скорость и ускорение точки при естественном способе задания движения
- •8.6.1. Скорость точки
- •8.6.2. Ускорение точки
- •8.7 Определение траектории точки по заданным уравнениям движения точки
- •Глава 9. Поступательное и вращательное движение твердого тела
- •9.1 Поступательное движение
- •9.2. Вращательное движение твердого тела вокруг неподвижной оси
- •9.2.1. Угловая скорость и угловое ускорение тела
- •9.2.2. Скорости и ускорения точек вращающегося тела
- •Глава 10. Плоскопараллельное движение твердого тела
- •10.1 Уравнения плоскопараллельного движения. Разложение движения на поступательное и вращательное
- •10.2 Определение скоростей точек плоской фигуры
- •10.3. Теорема о проекциях скоростей двух точек тела
- •10.4. Определение скоростей точек плоской фигуры с помощью мгновенного центра скоростей
- •10.5. Определение ускорений точек плоской фигуры
- •Глава 11. Движение твердого тела вокруг неподвижной точки и движение свободного твердого тела
- •11.1. Движение твердого тела, имеющего одну неподвижную точку
- •11.2 Скорости и ускорения точек тела
- •11.3 Общий случай движения свободного твердого тела
- •Глава 12. Сложное движение точки
- •12.1 Относительное, переносное и абсолютное движения
- •12.2 Теорема о сложении скоростей
- •12.3. Теорема о сложении ускорений (теорема Кориолиса)
- •Глава 13. Сложное движение тела
- •13.1. Сложение поступательных движений
- •13.2. Сложение вращений вокруг двух параллельных осей
- •13.3. Цилиндрические зубчатые передачи
- •13.4. Сложение вращений вокруг пересекающихся осей
- •13.5. Сложение поступательного и вращательного движений. Винтовое движение
13.4. Сложение вращений вокруг пересекающихся осей
Пусть относительное движение тела представляет собой вращение с угловой ско-
ростью
вокруг оси
укрепленной на кривошипе2(рис.
6.5.а), а переносным является вращение
кривошипа с угловой скоростью
вокруг оси
,
которая с осью
пересекается в точкеО.
Рисунок 6.5
Очевидно, что в этом случае скорость
точки О, как лежащей одновременно
на обеих осях, будет равна нулю и
результирующее движение тела является
движением вокруг неподвижной точкиО.
Тогда тело имеет в данный момент времени
угловую скорость,
направленную по мгновенной оси вращения,
проходящей через точкуО. Схематически
такой случай сложения вращений вокруг
пересекающихся осей показан на рис.
6.5,б.
Чтобы определить
,
найдем скорость точкиМтела
и, определяя скорости точки как скорости
вращающегося тела
и полгая
,
запишем
так
.
Отсюда находим
|
(84) |
т.е. при вращении тела вокруг двух
осей, пересекающихся в точке О,
результирующее движение будет мгновенным
вращением вокруг оси Ос с угловой
скоростью ,равной геометрической сумме
.
Мгновенная осьОс, вдоль которой
направлен вектор
,
направлена по диагонали параллелограмма,
построенного на векторах
и
(рис. 6.5,б).
С течением времени ось Осменяет свое положение, описывая коническую поверхность, вершина которой находится в точкеО.
13.5. Сложение поступательного и вращательного движений. Винтовое движение
Рассмотрим тело, вращающееся с угловой
скоростью
вокруг оси, жестко скрепленной с другим
телом, имеющим поступательное движение
со скоростью
(рис.
6.6). В зависимости от значения углаαмежду векторами
и
здесь
возможны три случая.
Рисунок 6.6
1. Скорость поступательного движения
перпендикулярна оси вращения ().Пусть сложное движение тела слагается
из вращательного движения вокруг осиАас угловой скоростью
и поступательного движения со скоростью
,
перпендикулярной
(рис. 6.7). Легко видеть, что это
плоскопараллельное движение. Тогда
движение слагается из поступательного
со скоростью
(если
точкуАсчитать полюсом) и вращательного
вокруг осиАа, проходящей через
полюс.
Рисунок 6.7
Вектор
можно
заменить парой угловых скоростей
,
беря их соответственно
,
а
.
При этом расстояниеАРопределится
из равенства
,
откуда (учитывая, что
)
|
(85) |
Векторы
при сложении дают нуль, и мы получаем,
что движение тела в этом случае можно
рассматривать как мгновенное вращение
вокруг оси
с
угловой скоростью
,
то есть точкаРявляется мгновенным
центром скоростей. Здесь мы еще раз
убеждаемся, что поворот тела вокруг
осейАаи
происходит
с одной и той же угловой скоростью
,
т.е. вращательная часть движения не
зависит от выбора полюса.
2. Винтовое движение().
Ось Ааназывают осью винта (рис.
6.8). Когда векторыи
направлены
в разные стороны, то при принятом нами
правиле изображения
винт будет левым, если в одну сторону,
- правым.
Рисунок 6.8
Расстояние, проходимое за время одного
оборота любой точкой, лежащей на оси
винта, называется шагом hвинта. Если величиныи
постоянны, то шаг винта также будет
постоянным. Обозначая время одного
оборота черезТ, получаем в этом
случае
и
,
откуда
.
При постоянном шаге любая точка Мтела, не лежащая на оси вала, описываетвинтовую линию.
Скорость произвольной точки Мслагается из переносной скорости
поступательного движения,
и перпендикулярной ей относительной
скорости
,
получаемой во вращательном движении и
равной
,
следовательно
.
3. Скорость поступательного движения образует произвольный угол с осью вращения. Сложное движение, совершаемое телом в этом случае, представляет собой общий
случай движения свободного тела. Разложим
вектор
(рис. 6.9,а) на составляющие
,
направленную вдоль
(
),
и
,
перпендикулярную (
).
Скорость
можно заменить парой угловых скоростей
и
,
после чего векторы
и
можно отбросить. РасстояниеАСнайдем по формуле (78)
.
Тогда у тела остается вращение с угловой
скоростью
и поступательное движе-
Рисунок 6.9
ние со скоростью
.
Следовательно, распределение скоростей
точек тела в данный момент времени будет
таким же, как и при винтовом движении
вокруг осиСсс угловой скоростью
=
и поступательной скоростью
.
Проделанными операциями (рис. 6.9,б) мы
перешли от полюса Ак полюсуС.
Результат подтверждает, что в общем
случае движения твердого тела угловая
скорость при переносе полюса не
изменяется,
а меняется только поступательная
скорость.
Так как при движении свободного твердого
тела величины,
иα будут все время изменяться, то
будет непрерывно изменяться и положение
осиСскоторую называют мгновенной
винтовой осью. Таким образом, движение
свободного тела можно еще рассматривать
как слагающееся из серии мгновенных
винтовых движений вокруг непрерывно
изменяющихся винтовых осей.