Основные задачи кинематики точки

Кинематика точки рассматривает две основные задачи.

А). Задача задания движения точки. Движение точки в пространстве считается заданным, если найден способ, при помощи которого каждому моменту времени t однозначно ставится в соответствие положение точки в пространстве.

Б). Задача определения кинематических характеристик движения точки – скорости точки и ускорения точки.

Существует три способа задания движения точки: векторный, координатный и естественный.

Векторный способ задания движения точки

Рассмотрим движение материальной точки М относительно некоторого тела, которое считается неподвижным. Пусть точка О – точка принадлежащая этому телу (рис.5.3). Радиус-вектор движущейся точки М относительно точки О можно задать как вектор-функцию времени t

. (5.6)

Равенство (5.6) называется векторным уравнением движения точки или законом движения точки в векторной форме.

Кривая по которой движется точка в пространстве называется траекторией точки. Траектория – это годограф радиус-вектора точки.

Координатный способ задания движения точки

Пусть теперь вектор задан в декартовой системе координат, а - орты осей Ох, Оу, Оz. Тогда вектор-функция может быть задана тремя скалярными функциями :

=++.

Таким образом, для того, чтобы движение точки было задано координатным способом, должны быть заданы функции:

x = x (t), y = y (t), z = z (t). (5.7)

Равенства (5.7) называются уравнениями движения точки или законом движения точки в координатной форме.

Естественный способ задания движения точки

Этот способ применяется в случае, когда траектория точки известна заранее. Траектория точки может быть задана различными способами: словесно (например, можно сказать, что траекторией точки является окружность такого-то радиуса), графически в каком-либо масштабе или уравнениями, например, в общем виде как линия пересечения поверхностей

,

или другими уравнениями.

Для задания закона движения точки по траектории необходимо выбрать на траектории точку М ₀, принимаемую за начало отсчета дуговой координаты и задать положительное направление отсчета (рис. 5.4.).

При движении точки М расстояние от нее до начальной точки изменяется с течением времени, следовательно, дуговую координату необходимо задать как функцию времени:

s = s (t), (5.8)

Зависимость (5.8) называется законом движения точки. Следовательно, для того, чтобы движение точки было задано естественным способом, должны быть заданы:

1) траектория точки;

2) закон движения точки s = s (t),

3) начало отсчета М ₀;

4) положительное направление отсчета дуги s.

При этом нужно отличать дугу s и пройденный точкой путь. Если точка движется по траектории все время в одном направлении, то дуга и путь совпадают, но если, например закон движения точки равен и точка совершает гармонические колебания по кривой, то дуга и путь совпадают только до достижения дуги своего максимального значения а. Далее путь в отличие от дуги будет все время увеличиваться.

Дата добавления: 2014-01-03