КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Движение точки с позиций теоретической механики
КИНЕМАТИКА СПЛОШНОЙ СРЕДЫ Задача кинематики - описание движения среды независимо от внешних условий, которые инициируют и поддерживают движение. Т.к. сплошная среда представляет собой непрерывную совокупность точек, то чтобы описать её движение, необходимо описать движение всех точек. Поэтому вернёмся к некоторым понятиям теоретической механики, изучающей движение точки.
Траектория движущейся точки. Движение материальной точки мы рассматриваем в теоретической механике. В этом случае, для описания полного движения точки необходимо знать уравнение её движения т.е. , где - радиус-вектор точки. Чтобы найти скорость точки надо взять производную от правой части уравнения движения. Рассмотрим движение точки в некоторой определённой системе прямоугольных и прямолинейных координат Oxyz, которую условимся называть неподвижной. Кривая, описываемая последовательными положениями движущейся точки, называется траекторией. Аналитически движение точки определено, если заданы её координаты x, y, z, как непрерывные функции времени t: x = j1 (t); y = j2(t); z = j3(t). Эти уравнения определяют положение движущейся точки в каждый момент времени t и представляют в параметрической форме уравнение траектории. Если на траектории выбрать точку М0, от которой отсчитывать длину дуги s траектории до движущейся точки М, то движение М определяется законом изменения s, как функции времени t: s = s (t). Перемещение. Скорость. Пусть М и М¢ - положения движущейся точки, отвечающие соответственно моментам t и t + Dt. Вектор называется перемещением точки за промежуток времени Dt. Этот вектор с началом в точке М представляет собой хорду, стягивающую положения движущейся точки в моменты t и t + Dt.
Перемещение разделим на Dt; вектор
называется средней скоростью точки М за промежуток времени Dt. Средняя скорость есть вектор, приложенный в точке М и имеющий то же направление, что и перемещение . Предел средней скорости, когда Dt стремится к 0, называется скоростью точки М в момент t и обычно обозначается
.
В пределе направление хорды совпадает с направлением касательной к траектории; поэтому скорость u точки М представляет собой вектор, приложенный в точке М и направленный по касательной к траектории в сторону движения. Положение точки М можно определить вектором , выходящим из начала координат О. Перемещение за промежуток времени Dt равно приращению вектора :
откуда
Таким образом, скорость движущейся точки равна производной по времени от радиуса-вектора движущейся точки и представляет собой вектор, приложенный в движущейся точке. Проекции скорости на оси координат. Пусть x, y, z координаты точки М, а x + Dx, y +Dy, z +Dz - координаты точки . Проекции перемещения на оси координат будут соответственно равны Dx, Dy, Dz; проекции средней скорости w будут
отсюда проекции истинной скорости u на оси координат Oxyz будут пределами предыдущих выражений при Dt® 0, или
Теорема. Проекции скорости на прямоугольные оси равны первым производным по времени от соответствующих координат движущейся точки. Так как оси Oxyz ортогональны, величина скорости определится через проекции формулой:
. Если через s обозначить длину дуги траектории, отсчитываемой от неподвижной точки, то
.
Следовательно, алгебраическая величина скорости будет определяться формулой . При этом, если u положительна, то скорость направлена в сторону возрастающих значений s. Движение называется равномерным, если величина скорости постоянна. Тогда
Допустим, что s0 есть значение s для начального момента времени t = 0; тогда, интегрируя предыдущее выражение, получаем: s = s0 + at. То есть, в равномерном движении пройденные пути пропорциональны времени. Величина скорости равна пути, пройденному в равномерном движении за единицу времени. Теорема о проекции скорости. Возьмём ось х за траекторию движения (если движение прямолинейное). Значит s = х, и уравнение движения имеет вид: x = f(t). Алгебраическая величина скорости точки, движущейся по оси х, представляется формулой v = dx/dt = f¢(t). Но, при движении точки в пространстве, dx/dt есть проекция её скорости на ось х; в то же время эта величина равна скорости ортогональной проекции М1 точки М на ось х, так как х есть абсцисса точки М1. Следовательно, если спроектировать на неподвижную ось движущуюся точку и её скорость, то проекция скорости будет равна скорости проекции.
Дата добавления: 2014-12-26; Просмотров: 752; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |