Определение кинематических параметров для материальной точки, движущейся криволинейно

Задание

Определение скорости и ускоренна точки по заданным уравнениям ее движения По заданным уравнениям движения точки М установить вид ее траектории и для момента времени t= t ₁ (сек) найти положение точки на траектории, ее скорость, полное, касательное и нормальное ускорения, а также радиус кривизны траектории в соответствующей точке.

Необходимые для решения данные приведены в табл.1.

Пример выполнения задания

Исходные данные в см и сек:

} (1)

t ₁ =

Решение

Уравнения движения (1) являются параметрическими уравнениями траектории точки М. Чтобы получить уравнение траектории в обычной координатной форме, исключим время t из уравнений движения.

Тогда

у = х ² - 1. (2)

Это выражение есть уравнение параболы.

Для определения скорости точки находим проекции скорости на оси координат:

u_x = = 4 см/сек;

u_y = = 32 t см/сек.

Модуль скорости точки

u = . (3)

Аналогично проекции ускорения точки

w_x = = 0; w_y = = 32 см/сек².

Модуль ускорения точки

w = = 32 см/сек².

Координаты точки, а также ее скорость, ускорение и их проекции на координатные оси для заданного момента времени t = 1/2 сек приведены в табл.2.

Таблица 2

Координаты, См	Скорость, см/сек	Ускорение, см/сек^2	Радиус кривизны, см
x	Y	ux	uy	u	wx	wy	wn	wt	w	r
				16,5			7,94			34,3

Касательное ускорение находим путем дифференцирования модуля скорости (З):

w_t = ;

= = .

При t = 1/2 сек

= = 31 см/сек²

Следовательно, модуль касательного ускорения

w_t = 31 см/сек ².

Знак «+» при показывает, что движение точки ускоренное и, следовательно, направления и совпадают.

Нормальное ускорение точки в данный момент времени

w_n = = = 7,94 см/сек ²

Радиус кривизны траектории в той точке, где при t = 1/2 сек находится в точке М,

r = = = 34,3 см.

Полученные значения w_t и w_n и r также приведены в таблице.

Пользуясь уравнением (2), вычерчиваем траекторию (рис.1) и показываем на ней положение точки М в заданный момент времени. Вектор строим по составляющим и , причем этот вектор должен быть направлен по касательной к траектории точки. Вектор находим как по составляющим и , так и по и , чем контролируется правильность вычислений.

Рис.1

Таблица 1

Номер варианта	Уравнения движения	t 1, сек
x = x(t) см	y = y(t) см
	—2 t ^2+3	— 5 t	½
	4 cos^2 t + 2	4 sin^2 t
	-cos t ^2 + 3	sin t ^2 - 1
	4 t + 4	-
	2sin t	— 3 cos t + 4
	3 t ^2 + 2	—4 t	½
	Зt^2 - t + 1	5 t ^2- t - 2
	7 sin t ^2 + 3	2 — 7 cos t ^2
	-	3 t + 6
	— 4 cos t	—2sin t — 3
	— 4 t ^2 + 1	- 3 t	½
	5 sin^2 t	— 5 cos^2 t— 3
	5 cos t ^2	— 5 sin t ^2
	-2 t - 2
	4cos t	—3sin t
	3t	4 t ^2 + 1	½
	7 sin^2 t — 5	— 7 cos^2 t
	1 + 3 cos t ^2	3 sin t ^2 + 3
	— 5t^2 — 4	3 t
	2 — 3 t — 6 t^2	3 - t - 3 t ^2
	6 sin t ^2 — 2	6 cos t ^2 + 3
22.	7 t ^2—3	5 t
	3 — 3 t ^2 + t	4 - 5 t ^2 + t
	— 4 cos t — 1	— 4 sin t
	—6 t	— 2 t ^2 — 4
	8 cos^2 t + 2	— 8 sin^2 t — 7
	— 3 - 9 sin t ^2	—9cos t ^2 + 5
	— 4 t ^2 + 1	—З t
	5 t ^2 + t - 3	3 t ^2 + t + 3
	2 cos t ^2 — 2	- 2 sin t ^2 + 3

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механики. Под ред. проф. А.А. Яблонского. Учеб. пособие для втузов. М., «Высшая школа», 1972.- 432 с.

2. Бать М. И. И др. Теоретическая механика в примерах и задачах. М., «Политехника», 1995. – 670 с.

3. Мещерский И. В. Задачи по теоретической механики. М.: «Лань», 2001.- 448 с.

4. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики: Учебник для втузов. – 12 изд., стер. – М.: Высшая школа, 2002. – 416 с.

5. Федута А. А., Чигарёв А. В., Чигарёв Ю. В. Теоретическая механика и методы математики: - Уч. пособие, - Минск.: УП «Технопринт», 2000. – 504 с.

6. Яблонский А. А., Никифорова В. А. Курс теоретической механики. М.: «Лань», 2001. – 768 с.

7. Цывильский В. Л. Теоретическая механика. М., «Высшая школа» 2001. – 319 с.

Дата добавления: 2017-01-14