- •1.Определение скоростей и ускорений точки при различных способах задания движения
- •2. Кинематические характеристики поступательного и вращательного движения твердого тела.
- •3. Определение линейных скоростей и ускорений вращающегося тела в векторной форме.
- •4. Определение скоростей точек тела при плоскопараллельном движении. Теорема о проекциях векторов скоростей концов отрезка на его направление.
- •5. Мгновенный центр скоростей и способы его определения.
- •6. Определение ускорений точек при плоскопараллельном движении. Кинематический анализ плоского приводного механизма.
- •7. Мгновенный центр ускорений и способы его определения.
- •8. Относительное, переносное и абсолютное движение точки. Теорема о сложении скоростей при сложном движении.
- •9. Теорема о сложении ускорений при сложном движении точки.
- •10. Ускорение Кориолиса и определение его по правилу Жуковского.
- •12. Сложение вращений твердого тела вокруг параллельных осей.
- •13. Вращение тела вокруг неподвижной точки. Углы Эйлера. Кинематические уравнения Эйлера.
- •14. Определение линейных скоростей и ускорений при движении тела около неподвижной точки.
- •1. Дифференциальные уравнения движения несвободной материальной точки.
- •2.Две основные задачи динамики и способы их решения. Прямая и обратная задачи динамики рычажного манипулятора.
- •3.Свободные и вынужденные колебания точки как пример второй задачи динамики.
- •3.Свободные и вынужденные колебания точки как пример второй задачи динамики.
- •4.Принцип Даламбера и премененеие методов кинетостатики для расчета основной схемы рычажного манипулятора.
- •5.Определения центра масс, момента инерции и радиуса энерции твердого тела.
- •6.Теорема о движении центра масс.
- •7.Теорема об изменении количества движения системы. Закон сохранения главного вектора количества движения.
- •8. Теорема об изменении момента количества движения. Кинетический момент вращающегося твердого тела. Закон сохранения кинетического момента.
- •9. Дифференциальные уравнения плоскопараллельного движения твердого тела.
- •10. Кинетическая энергия, работа и мощность. Теорема об изменении кинетической энергии.
- •11. Классификация связей в динамике. Аналитическое задание связей. Идеальные связи.
- •12. Принцип возможных перемещений. Возможные и действительные перемещения.
- •13. Обобщенные координаты, обобщенные силы. Способы их задания и определения.
- •14. Уравнения равновесия в обобщенных координатах.
- •15. Общее уравнение динамики. Уравнения движения в обобщенных координатах.
- •16. Уравнения Лагранжа второго рода.
- •17. Потенциальное силовое поле. Потенциальная энергия и простейшие случаи ее вычисления.
- •18. Вычисление обобщенных сил в потенциальном силовом поле.
- •19. Уравнение Лагранжа 2-ого рода в случае потенциальной системы сил.
- •Статика.
- •1.Аксиомы статики. Аксиома связей. Классификация связей.
- •2. Соотношение геометрических связей, числа степеней свободы и числа реакций связей.
- •3.Векторный и аналитический методы
- •4. Условия равновесия типовых систем: сходящихся сил, пар сил, плоской пространственной системы сил.
8. Теорема об изменении момента количества движения. Кинетический момент вращающегося твердого тела. Закон сохранения кинетического момента.
Теорема об изменении главного момента количества движения системы (теорема моментов).
Теорема моментов для одной материальной точки будет справедлива для каждой из точек системы. Следовательно, если рассмотреть точку системы с массой , имеющую скорость , то для нее будет
где и - равнодействующие всех внешних и внутренних сил, действующих на данную точку.
Составляя такие уравнения для всех точек системы и складывая их почленно, получим:
Но последняя сумма по свойству внутренних сил системы равна нулю. Тогда найдем окончательно:
Полученное уравнение выражает следующую теорему моментов для системы: производная по времени от главного момента количеств движения системы относительно некоторого неподвижного центра, равна сумме моментов всех внешних сил системы относительно того же центра.
Проектируя обе части равенства на неподвижные оси Охуz , получим:
Уравнения выражают теорему моментов относительно любой неподвижной оси.
Закон сохранения главного момента количества движения.
Из теоремы моментов можно получить следующие важные следствия.
Пусть сумма моментов относительно центра О всех внешних сил, действующих на систему, равна нулю:
.
Тогда из уравнения следует, что при этом . Таким образом, если сумма моментов относительно данного центра всех приложенных к системе внешних сил равна нулю, то главный, момент количества движения системы относительно этого центра будет численно и по направлению постоянен.
Пусть внешние силы, действующие на систему, таковы, что сумма их моментов относительно некоторой неподвижной оси Оz равна нулю:
.
Тогда из уравнения следует, что при этом Кz = const. Таким образом, если сумма моментов всех действующих на систему внешних сил относительно какой-нибудь оси равна нулю, то главный момент количеств движения системы относительно этой оси будет величиной постоянной.
Эти результаты выражают собою закон сохранения главного момента количеств движения системы. Из них следует, что внутренние силы изменить главный момент количеств движения системы не могут.
Случай вращающейся системы.
Рассмотрим систему, вращающуюся вокруг неподвижной (или проходящей через центр масс) оси Оz. Тогда . Если в этом случае , то
Отсюда приходим к следующим выводам.
а) Если система неизменяема (абсолютно твердое тело), то и, следовательно, , т. е. твердое тело, закрепленное на оси, вращается в этом случае с постоянной угловой скоростью.
б) Если система изменяема, то под действием внутренних (или внешних) сил отдельные ее точки могут удаляться от оси, что вызывает увеличение , или приближаться к оси, что приведет к уменьшению . Но поскольку , то при увеличении момента инерции угловая скорость системы будет уменьшаться, а при уменьшении момента инерции - увеличиваться. Таким образом, действием внутренних сил можно изменить угловую скорость вращения системы, так как постоянство Кz не означает вообще постоянства .
Рассмотрим опыт с платформой Жуковского. Для демонстрации закона сохранения момента количеств движения удобно пользоваться простым прибором, называемым «платформой Жуковского». Это круглая горизонтальная платформа на шариковых опорных подшипниках, которая может с малым трением вращаться вокруг вертикальной оси z. Для человека, стоящего на такой платформе,
и , следовательно, . Если человек, разведя руки в стороны, сообщит себе толчком вращение вокруг вертикальной оси, а затем опустит руки, то величина уменьшится и, следовательно, угловая скорость вращения возрастет. Таким способом увеличения угловой скорости вращения широко пользуются в балете, при прыжках в воздухе (сальто) и т. п.
Далее, человек, стоящий на платформе неподвижно (Кz=0), может повернуться в любую сторону, вращая вытянутую горизонтально руку в противоположном направлении. Угловая скорость вращения человека при этом будет такой, чтобы в сумме величина Кz системы осталась равной нулю.