- •Введение
- •Общие указания
- •Модуль 2. Статика
- •Основны математического аппарата
- •Прямоугольная декартова система координат
- •Графики аналитических функций в декартовой системе координат
- •Элементы тригонометрии
- •Графики тригонометрических функций
- •График функции представлен на рис. 1.9; это кривая называется также синусоидой, полученная в результате перемещения графика вдоль оси х влево на /2.
- •Векторы
- •Основы математического анализа
- •Правила интегрирования
- •1.6. Понятие об абсолютно твердом теле и его степенях свободы
- •4 Координаты – 1 уравнение связи 3 независимых координаты.
- •1.7. Инерциальная система отсчета
- •Кинематика
- •2.1. Траектория, скорость, ускорение материальной точки
- •Вращение твердого тела относительно неподвижной точки в плоскости
- •Сложное движение точки
- •2.4. Плоскопараллельное движение твердого тела
- •3. Статика
- •3.1. Основные элементы статики
- •3.2. Плоские фермы. Способы расчета
- •3.3. Принципы расчета составных конструкций
- •Общие указания по выполнению и оформлению контрольных работ.
- •Контрольные работы Контрольная работа № 1
- •Контрольная работа № 2. Плоское движение твердого тела Задача 1. Кинематический анализ плоского механизма
- •Контрольная работа №3. Плоская система сил
- •Библиографический список Основной
- •Дополнительный
- •Оглавление
- •660041, Г. Красноярск, пр. Свободный, 79
- •660041, Г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
Правила интегрирования
Неопределенный интеграл:
, где , .
Свойства неопределенного интеграла:
; .
Свойство линейности:
.
Метод замены переменной:
, где .
Метод интегрирования по частям
.
Свойства определенного интеграла:
; ;
;
Формула Ньютона – Лейбница:
.
Справедливость ниже указанных формул легко проверить дифференцированием.
Таблица интегралов
1 |
|
9 |
|
2 |
|
10 |
|
3 |
|
11 |
|
4 |
|
12 |
|
5 |
|
13 |
|
6 |
|
14 |
|
7 |
|
15 |
|
8 |
|
16 |
|
1.6. Понятие об абсолютно твердом теле и его степенях свободы
Важным понятием в механике является число параметров, полностью определяющих положение всех точек рассматриваемой системы, в частности твердого тела. Эти параметры носят название степеней свободы.
Свободным называется тело, на перемещения точек которого не наложено никаких ограничений. Вычислим количество степеней свободы твердого тела в плоскости и пространстве.
Число независимых параметров, определяющих перемещение тела (точек тела) на плоскости или в пространстве называется числом его степеней свободы.
Плоскость. Положение точки на плоскости в системе координат определяется двумя независимости параметрами (координатами) – (рис. 1.19, а), т. е. точка может независимо перемещаться в двух ортогональных направлениях и , следовательно, точка имеет две степени свободы.
|
|
а |
б |
Рис. 1.19 |
Положение твердого тела характеризовать двумя параметрами не получится, необходимо зафиксировать еще одну точку, тогда положение твердого тела на плоскости будет определено четырьмя параметрами – координатами двух точек – и (рис.1.19, б).
Предположим, что при движении или взаимодействии с другими телами твердое тело не меняет своей геометрической формы, тогда расстояние между точками А и В будет оставаться неизменным:
Такие твердые тела называют абсолютно твердыми. В теоретической механике реальные тела моделируются абсолютно твердыми телами.
Абсолютно твердым телом (или неизменяемой механической системой) называют твердое тело, расстояние между любыми точками которого не меняется при его движении и взаимодействии с другими телами. |
Тогда четыре координаты , , определяющие положение абсолютно твердого тела, связаны между собой теоремой Пифагора:
. (1.1)
Это уравнение принято называть уравнением связи. Тогда из четырех координат , независимые только три:
4 Координаты – 1 уравнение связи 3 независимых координаты.
Поэтому движение абсолютно твердого тела в плоскости должно описываться тремя независимыми параметрами. За независимые параметры принимают координаты любой точки А – (часто центра тяжести тела) и угол , который образуют жестко связанная с телом прямая АВ и положительное направление оси (рис. 1.19, б). Итак, положение абсолютно твердого тела в плоскости будет определяться тремя независимыми параметрами – , и, следовательно, твердое тело при движении в плоскости будет иметь три степени свободы: тело может перемещаться вдоль каждой из осей и вращаться вокруг точки А. Точку А называют полюсом.
Число независимых перемещений тела определяет число его степеней свободы |
Абсолютно твердое тело в плоскости имеет три степени свободы.
Пространство. Одна свободная точка в пространстве имеет три степени свободы. Рассмотрим свободное абсолютно твердое тело в пространстве (рис. 1.20). Положение твердого тела характеризовать двумя точками А и В в пространстве не получится, потому что тело может вращаться вокруг прямой АВ, при этом координаты точек А и В меняться не будут. Необходимо зафиксировать еще одну точку, тогда положение тела в пространстве будет определяться заданием координат трех его точек, не лежащих на одной прямой , , . Положение тела в пространстве в декартовой системе координат будет характеризоваться девятью параметрами. Поскольку взаимное расположение точек А, В и С абсолютно твердого тела сохраняется (рис. 1.20), девять координат связаны между собой тремя уравнениями связи:
– расстояние АВ;
– расстояние АС;
– расстояние ВС.
|
На девять координат наложено три уравнения связи, следовательно, независимых координат остается только шесть, т. е. абсолютно твердое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы: тело может независимо перемещаться вдоль каждой из осей и вращаться вокруг |
Рис. 1.20 |
каждой оси. За независимые параметры принимают координаты полюса А – и углы поворота плоскости АВС вокруг каждой из осей, т. е. точка может независимо перемещаться в трех ортогональных направлениях .
Если при движении или взаимодействии с другими телами твердое тело меняет свою геометрическую форму (деформируется), тогда расстояние между двумя точками не будет оставаться неизменным, т. е. координаты точек не связаны между собой. В этом случае будем говорить о деформируемом твердом теле.