Вращательное движение тела

Поступательное движение тела

Поступательным относительно данной системы отсчёта движением называется такое движение, при котором любая прямая, взятая в этом теле, остаётся параллельной самой себе во все время движения. Примерами поступательного движения являются: движение кабины колеса обозрения, педали велосипеда, кузова автомобиля на прямолинейном участке пути.

При поступательном движении все точки тела имеют одинаковые траектории, скорости и ускорения.

Возьмём в теле две произвольные точки А и В и соединим их прямолинейным отрезком. Согласно определению поступательного движения, отрезок АВ должен двигаться параллельно самому себе. Построим радиус-векторы точек А и В (см. рис.). Из рисунка видно, что. Т. к., то траектории точек А и В совпадут при наложении их друг на друга. Дифференцируя связь между радиусами-векторами точек А и В по времени, находим

, т. к.

.

Отсюда следует, что поступательное движение тела определено, если известно движение хотя бы одной точки этого тела. Эту точку обычно называют полюсом. Взяв проекции векторных соотношений, получим скалярные уравнения поступательного движения.

Движение тела относительно данной системы отсчёта называется вращательным, если две его точки неподвижны относительно этой системы отсчёта. Прямая, соединяющая эти точки, называется осью вращения. Положение тела при вращении определяется углом поворота между неподвижной плоскостью (например) и плоскостью, жёстко связанной с телом (рис.1.5). Уравнение вращательного движения имеют вид зависимости угла поворота от времени

.

Величина, характеризующая быстроту изменения угла поворота, называется угловой скоростью, которая характеризуется не только величиной, но и направлением вращения. Угловая скорость равна производной от угла поворота по времени:

.

Угловое ускорение характеризует быстроту изменения угловой скорости и равно

.

Вектор углового ускорения направлен вдоль оси вращения. Направления и совпадают, если совпадают знаки первой и второй производных от угла вращения по времени.

Все точки вращающегося тела описывают при движении окружности с радиусами, равными расстояниям от соответствующих точек до оси вращения и движение точки можно считать заданным естественным способом: .

Скорость точки может быть определена по формуле Эйлера (рис.1.5).

,.

Ускорение точки тела при вращательном движении равно

,

где, — касательное ускорение точки; а, — нормальное ускорение.

Часто составляющую называют вращательным ускорением, составляющую — центростремительным.

Модуль полного ускорения определится формулой .

Угол наклона полного ускорения к направлению главной нормали не зависит от выбора точки.

Рис. 1. 5. Вращательное движение твердого тела вокруг неподвижной оси

Из приведённых формул видно, что:

· скорость и ускорение точки тела при вращательном движении пропорциональны расстояниям до оси вращения,

· скорость точки перпендикулярна к радиусу окружности;

· ускорение точки отклонено от радиуса окружности на угол не зависящего от выбора самой точки.

Дата добавления: 2013-12-12