
- •2.1.2. Способи визначення руху точки
- •2.1.3. Годограф векторної функції
- •2.1.4. Швидкість руху точки
- •2.1.5. Прискорення руху точки
- •Приклади
- •2.2. Кінематика абсолютно твердого тіла
- •2.2.1. Основні положення
- •2.2.2. Поступальний рух твердого тіла
- •2.2.3. Обертальний рух твердого тіла навколо нерухомої осі
- •Координати точки м і орт не залежать від часу; орти , є функціями часу. Отже,
- •Приклади
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Запитання для самоконтролю
- •2.2.6. Плоскопаралельний рух твердого тіла. Рівняння руху
- •2.2.7. Розподіл швидкостей точок тіла при плоскопаралельному русі
- •2.2.8. План швидкостей
- •2.2.10. Миттєвий центр прискорень
- •Приклади
- •2.2.11. Додавання обертальних рухів тіла навколо осей, що перетинаються
- •Аксоїди. Теорема Пуансо
- •2.2.13. Теорема Ейлера. Кути Ейлера. Рівняння руху твердого тіла з нерухомою точкою
- •2.2.14. Розподіл швидкостей і прискорень точок тіла з нерухомою точкою
- •2.4. Складний рух твердого тіла
- •2.4.1. Додавання поступальних рухів тіла
- •2.4.2. Пара обертань
- •2.4.3. Додавання обертань тіла навколо паралельних осей
- •2.4.4. Додавання поступального і обертального рухів тіла
- •2.4.5. Метод “зупинки” (метод Вілліса)
2.2.14. Розподіл швидкостей і прискорень точок тіла з нерухомою точкою
За
формулою (2.83) визначають швидкість
довільної точки
тіла:
.
(2.90)
Початок
нерухомої системи координат збігається
з нерухомою точкою. Проектуючи ліву і
праву частини рівності (2.90) на осі
,
визначимо проекції швидкості точки М
на ці осі:
;
(2.91)
.
Прискорення довільної точки М визначається за (2.84)
.
Цей вираз можна переписати інакше:
.
(2.92)
Перший доданок у (2.92) називають обертальним прискоренням, другий — доосьовим
.
(2.93)
Напрями
прискорень
і
повністю визначаються за (2.93). З виразу
доосьового прискорення видно, що
вектор лежить у тій площині, в якій лежать вектори і , і напрямлений по перпендикуляру до вектора (рис. 2.44), тобто по перпендикуляру до миттєвої осі обертання.
Модулі складових обертального і доосьового прискорень точки можна визначити за формулами:
;
(2.94)
.
(2.95)
Рисунок 2.44
Приклад 2.7. Конус з висотою 4 м і радіусом основи 3 см котиться по площині без ковзання, маючи нерухому вершину в точці О (рис. 2.45).
Визначити
кутову швидкість
,
кутове прискорення
конуса, а також швидкість і прискорення
його точок
і
,
якщо швидкість центра основи конуса
см/с = const.
Рисунок 2.45
Розв’язання.
На підставі теореми Пуансо твердимо,
що бічна поверхня конуса є рухомим
аксоїдом, а площина
– нерухомим аксоїдом. Миттєва вісь
обертання – твірна конуса
.
Вектор
спрямований вздовж миттєвої осі обертання
(рис. 2.45). Згідно формули Ейлера (2.54)
,
.
Швидкість точки С спрямована протилежно осі .
Величину
знаходимо з прямокутного трикутника
:
см.
Отже,
рад/с.
Кут утворений осями: прецесії і власного обертання , є кутом нутації . Оскільки він залишається незмінним, має місце регулярна прецесія. Отже, кутова швидкість є сумою двох складових: кутової швидкості прецесії і кутової швидкості власного обертання :
.
Як видно
з рис. 2.45, трикутник, утворений векторами
,
і
,
подібний до
,
сторони якого відомі:
= 4 см,
см,
см. Елементарні геометричні міркування
дають змогу знайти
рад/с;
рад/с.
Кутове
прискорення
можна розглядати як швидкість точки
,
що викреслює годограф вектора кутової
швидкості
.
Тому за формулою Ейлера
.
Вектор напрямлений по дотичній до годографа , тобто перпендикулярно до вектора . Модуль
рад/с2.
Швидкість точки дорівнює нулеві. Ця точка належить миттєвій осі обертання.
Швидкість
точки
конуса знаходимо як швидкість миттєвого
обертання точки
навколо миттєвої осі
.
За формулою Ейлера запишемо пропорцію
.
Оскільки
,
то
см/с.
Швидкість точки
паралельна швидкості точки
.
Прискорення точок А і В знайдемо за формулами:
Обчислимо кожний доданок і визначимо напрям.
Напрями доосьових прискорень знаходимо за правилом векторного добутку:
;
.
Як було
зазначено,
,
тому
.
Доосьове
прискорення
точки
напрямлене вздовж миттєвого радіуса
обертання точки
до миттєвої осі
.
Величина
см/с2.
Обертальне
прискорення
;
.
Величина
см/с2.
Оскільки
,
то
см/с2.
Напрями
і
знаходимо за правилом векторного
добутку. Ці прискорення знаходяться в
площині трикутника
і перпендикулярні
і
відповідно.
Отже,
,
см/с2.
Величину прискорення точки знаходимо за теоремою косинусів:
см/с2.