Смекни!
smekni.com

Теоретическая механика (лекции) (стр. 3 из 4)

xc=(åmkxk)/ M; yc=(åmkyk)/ M; zc=(åmkzk)/ M

Для сплошного однородного тела имеем след.ф-лу для нах-я центра масс.

xc=(òх dV)/V; yc=(òу dV)/V; zc=(òz dV)/V; V=òdV

Для тел, масса кот-х распределена по пов-ти небольшой толщины имеем след-е ф-лы:

xc=(òх ds)/S; yc=(òу ds)/S; zc=(òz ds)/S; S=òds

Для тел, масса кот-х распределена по длине (типа проволоки):

xc=(òх dl)/L; yc=(òу dl)/L; zc=(òz dl)/L; L=òdl

Свойства центров масс

Если тело имеет ось симметрии, плоскость симметрии, то центр масс обязательно располагается на них.

Метод отрицательных масс.

S1-вся площадь

S2- площадь выреза

С –центр масс тела без выреза площади S2

xc=[(S1-S2)xc*+ S2xc2]/S1

xc*= (xc S1- xc2 S2)/( S1- S2)

c*-центр масс тела с вырезом

Из этой ф-лы следует, что если надо опр-ть центр масс тела, у кот-х есть вырез, то надо считать, что в вырезе сосредоточена отрицательная масса.

Цент тяжести некоторых простейших тел.

Разбиение на ¥

ВД-медиана

ВС*/С*Д=2/1

Центр тяжести в точке пересечения медиан.

Центр тяжести дуги.

Ус=0, хс=òхdl/L

L=2ar

х=rcosj; dl=rdj;

хc=(1/2ar) òr2cosj dj =(r/2a)sinj ½= (r/2a)2sina= (r sina)/a;

Ц.т.кругового сектора

хс=(2/3) (r sina)/a);

Ц.т.кругового сегмента

хс=[S2xc2 – S1xc1]/(S2 – S1)

S2=a r2

S1=(1/2)r2 sin 2a

2p - p r2, 2a - x, x=(2a/2p)p r2,

xc={[(a r2)(2/3)r (sin a/a)]-[(1/2) r2 sin 2a][(2/3) rcosa]} /[(a r2)-[(1/2) r2 sin 2a]

=(2/3)r[sin3a /(2a- sin2a]

Кинематика

Это раздел механики, в котором изучается движение материальной точки, твердых тел, механических систем, без учета сил, вызывающих это движение

Кинематика точки

Сущ-ет 3 способа задания дв-я точки: векторный, координатный, естественный.

При векторном способе задания точки откладываются векторы из одной точки.

Задается r, как ф-ция от времени r=r(t)

Кривая, которую вычерчивает конец вектора, отложенный из одной общей точки наз-ся гадографом.

Гадограф радиуса вектора точки – это траектория точки.

V=lim(Dr/Dt)=dr/dt –скорость

Отсюда вывод-скорость направлена по касательной к траектории точки.

W= lim(Dv/Dt)=dv/dt – ускорение

При коорд.способе задания точки берем коорд.сетку: оси x, y, z

x=f1(t)

y= f2(t)

z= f3(t)

Vx=x=d f1/Dt Wx=x=

Vy=y=d f2/Dt Wy=y=

Vz=z=d f3/Dt Wz=z=

V=ÖVx2 + Vy2 + Vz2

W=ÖWx2 + Wy2 + Wz2

cos(V,x)= Vx/V

cos(V,y)= Vy/V

cos(V,z)= Vz/V

Естественный способ задания дв-я точки.

При естеств.способе задания дв-я точки д.б.задано: 1)траектория дв-я точки, 2)начало отсчета на траектории, 3)положительное и отрицательное направление отсчета, 4)дуговая абсцисса д.б.задана как ф-ция от времени S=f(t)

Введем единичный орт касательный t. Вектор t направлен в сторону возрастания дуговой абсциссы, модуль êtê=1

Вектор скорости V опр-ся: V=s t.

Если s>0, то скорость направлена в сторону возрастания дуговой абсциссы по вектору t, а если s<0, то вектор скорости напрвлен в сторону убывания дуговой абсциссы.

V=s- алгебраическое зн-е скорости.

Введем элементы диф.геометрии.

Предельное положение пл-ти t1М1t2’ при стремлении М2 к М1 наз-ся соприкасающейся пл-тью.

В каждой точке кривой введем нормальную пл-ть, как пл-ть ^ вектору t.

Пересечение нормальной пл-ти с соприкасающейся пл-тью дает направление главной нормали. Поэтому введем едиинчный орт направления главной нормали n направлена по напр-ю гл.нормали., т.е.по отношению к кривой мы имеем:

Введем 3-й вектор –вектор бинормали в, так что вектора t, n и в составляли правую тройку векторов. Эти три вектора определяют оси естественного трехгранника. С каждой точкой кривой связаны 3 взаимно ^ оси t, n, в

V=dr/dt=(dr/ds)/(ds/dt)=st

ïdr/dsï=ïdrï/ïdsï=1

t направлен в сторону возрастания дуговой абсциссы

Определение ускорения при естественном способе задания дв-я точки

Ускорение W=dv/dt=d(st)/dt=st+s(ds/dt)

Кривизна кривой в данной точке

К=lim(Dj/Ds)=dj/ds

r=1/k=ds/dj-радиус кривизны в пределах при D s®0, вектор dt направлен по направлению нормали.

(tt) =1. Произв.по времени: 2[t (dt/dt)]=0 Þ ^ dt/dt

Вектор dt/dt направлен по нап-ю нормали

çdt/dtç=çdtç/çdtç= dj/ dt= (dj/ ds)( ds/ dt)= s(1/r)

вектор dt/dt= s/r

s(dt/dt)= s 2/r= v2/r

W= st+ (s 2/r), где st= Wt -касат.составляющая ускорения

s 2/r= Wn –норм.сост.ускорения

W=Wt + Wn

W=ÖWt2 + Wn2

Wt -хар-ет изменение скорости по вел-не,

Wn-хар-ет изменение скорости по направлению

Wt направлена по вектору t если s>0 и противоположно вектору t если s<0

Численное зн-е нормального ускорения Wn всегда >0, и оно всегда направлено внутрь области кривой в каждой ее точке.

Если точка движется по прямой, то норм.ускорение точки =0.

Пусть точка движется по окружности с пост.по величине скоростью, чему равно ускорение точки?

V=const

Wt =dv/dt=0

Wn =v2/R

Любую кривую можно представлять в виде совокупности дуг различного радиуса.

Связь между естеств.и коорд.способами задания дв-я.

Ds=Öx2+y2+z2 dt

S=òÖx2+y2+z2 dt

Wt=dv/dt=d(Öx2+y2+z2)/dt=[VxWx+VyWy+VzWz]/V/

x=f1(t)

y= f2(t)

z= f3(t)

t=j1(x) –цилиндр.пов-ть образ.параллель.оси у

y=f2(j1(x)) - цилиндр.пов-ть образ.кот параллель.оси z.

z=f3(j1(x))

Частный случай дв-я точки

1.Равномерное дв-е

v=const, S=So+vt

2.равноускоренное дв-е

Wt =const, V=Vo+ Wt t, S=Vot+ Wt (t2/2)

V2 –Vo2=2 WtS

dV/dt= Wt,

òdV=ò Wt dt, V –Vo= Wtt

Кинематика твердого тела

В теор.механике рассм.только тверд.тела

Абс.тв.тела-это такие тела, раст.между двумя любыми точками не меняются за все время движения

Поступательное дв-е твердого тела

Поступательн.дв-ем тв.тела наз-ся такое дв-е

Тела, при кот.любая прямая, проведенная в нем остается параллельной самой себе за все время дв-я (самолет, летящий прямолинейно, дв-е поршня в двигателе автомоб., дв-е колеса обозрения)

Теорема: При поступ.движении тв.тела траектории дв-я всех точек тела конгруэнтны, а скорость и ускорение равны.

rв= rА+АВ

Поскольку это вып-ся в люб.момент времени, то получается, что траектория т.В можно определить смещением вектора АВ в каждой точке из траектории т.А возм.произв.по времени (АВ=const)

drв/dt= drA/dt+d(AB)/dt

VB=VA. WB=WA.

Вращат.дв-е твердого тела.

Вращат.наз-ся такое дв-е тв.тела, при кот-м хотя бы 2 точки тела остаются неподвижными за все время вращенияя, через эти 2 точки проходит ось вращения, все остальные точки движутся по окружностям в плоскостях перпендик-х оси вращения.

Фермы

Начинаем искать усилия стержней, рассматривая узлы.

Метод Риттера(проверка)

При нахождении усилий стержней плоской фермы методом выфрезания узлов полезно знать:

1)если в незагруженном узле плоск.фермы сходятся 2 стержня. То усилие в этих стержнях =0

2)если в незагруженном узле плоск.фермы сходятся 3 стержня, из кот-х 2 расоложены на одной прямой, то усилие в 3-м стержне =0, а усилие в первых 2-х равны между собой.

Вращат.дв-е-это такое дв-е, при кот-м ось остается неподвижной, а все др..тела движутся в плоскости перпендикулярной оси вращения.

Введем угол поворота j -как угол между неподв.пл-тью и плоскостью, связанной с телом

[j]=рад

j=2pn

[N]- число оборотов

Угловая скорость w=dj/dt, [wj]=рад/c=c-1

j=f(t)

Вектор угл.скорости w лежит на оси вращения и направлен в сторону, что с конца этого вектора вращение кажется видимым против часовой стрелки.

Угловое ускорение e опр-ся по ф-ле:

e=dW/dt=d2j/dt2, [Помилка! Помилка зв'язку.]= рад/c2=c-2.

Вектор углового ускорения e также лежит на оси вращения и направлен по вектору w, если вращение ускорено и противоположен ему, если вращение замедлено.

[n]-число оборотов в мин.=об/мин, тогда w=pn/30/

Частный случай вращат.дв-я:

1)равномерное вращение.. j=wt

2)равнопеременное вращение: e=const. j=wо t+et2/2;

w=wо+et

dw/dt=e

dw=e dt

ò dw=òe dt

w-wо=eò dt

w2 -wо2 =2ej

dj/dt=wо+et

ò dj=òwоdt+òetdt

j-jo=wоòdt+eòtdt

j-jo=w оt+e(t2/2)

Определение линейной скорости и лин.ускорения при вращат.движении твердого тела

S=hj

ds/dt=h(dj/dt)

V=hw, dv/dt=h(dw/dt)

Wt=he

Wn=v2/h=(w2h2)/h=w2h

Полное ускорение W=Ö Wn2+ Wt2=hÖw2+e2

tga=ïWtï/ Wn=ïeï/w2

Вывод: при вращ.дв-ии тв.тела линейная скорость касательная нормальной и полное ускорение пропорциональны растоянию точки от оси вращения.

Векторные ф-лы для опр-я скорости и ускорения при вращат.движении.

v=[w´r]-ф-ла Эйлера

v=w´r´sin(w,r)

v=w´h

Wt=[e´r], Wt=e´r´sin[e´r]=he,

Wn=[w[w´ r]]=[ w´v]

Wn=w´v´ sin(w´v)= w´v=w2h

Производ.от вектора пост.по модулю под скалярным аргументом

ïвï=const=в

dв/dt, (вв)=в2, 2[в(dв/dt)]=0 Þ dв/dt ^в.

ïdв/dtï=ïdвï/dt=в(dj/dt)=w в.

/dt=[w в]

Производная от времени, причем ïвï=const, равна векторному произведению угловой скорости вращения этого вектора на сам этот вектор.

dτ/dt= (dτ ds)/(ds dt)= (dτ/dφ)( dφ/dt)

ïdτ/dφï=1

dτ/dt=w n

dτ/dt=[wτ]

Теорема о проекциях скоростей

При любом движении твердого тела проекция скоростей 2-х точек этого тела на прямую их соединяющих равны.