Скорость и ускорение точки

Скорость и ускорение точки - student2.ru Одной из основных характеристик движения точки является ее скорость относительно выбранной системы отсчета, которая изображена в виде декартовой прямоугольной системы координат (рис. 21).

Скорость и ускорение точки - student2.ru Положение движущейся точки Скорость и ускорение точки - student2.ru относительно рассматриваемой системы отсчета определяется в момент времени Скорость и ускорение точки - student2.ru радиусом-вектором Скорость и ускорение точки - student2.ru , который соединяет неподвижную точку Скорость и ускорение точки - student2.ru с этой точкой. В другой момент времени Скорость и ускорение точки - student2.ru движущаяся точка займет положение Скорость и ускорение точки - student2.ru и ее радиусом-вектором будет Скорость и ускорение точки - student2.ru . За время Скорость и ускорение точки - student2.ru радиус-вектор движущейся точки изменится на Скорость и ускорение точки - student2.ru .

Средней скоростью Скорость и ускорение точки - student2.ru точки за время Скорость и ускорение точки - student2.ru называют отношение Скорость и ускорение точки - student2.ru , т.е.:

Скорость и ускорение точки - student2.ru .

Средняя скорость параллельна вектору Скорость и ускорение точки - student2.ru . В общем случае она зависит от времени осреднения Скорость и ускорение точки - student2.ru . У нее нет конкретной точки приложения на траектории.

Введем скорость точки Скорость и ускорение точки - student2.ru в момент Скорость и ускорение точки - student2.ru , которая определяется как предел средней скорости, если промежуток времени, за который определяется средняя скорость, стремится к нулю, т. е.

Скорость и ускорение точки - student2.ru .

Скорость точки направлена в сторону ее движения по предельному направлению вектора Скорость и ускорение точки - student2.ru при Скорость и ускорение точки - student2.ru , стремящемся к нулю, т.е. по предельному направлению секущей Скорость и ускорение точки - student2.ru , которая совпадает с касательной к траектории в точке Скорость и ускорение точки - student2.ru . Таким образом, скорость точки равна первой производной по времени от ее радиуса-вектора. Она направлена по касательной к траектории в сторону движения точки.

Начало радиуса-вектора движущейся точки можно выбрать в любой неподвижной точке. На рис. 21 представлен случай, в котором радиусом-вектором является также Скорость и ускорение точки - student2.ru с началом в точке Скорость и ускорение точки - student2.ru . Радиусы-векторы имеют одинаковые изменения Скорость и ускорение точки - student2.ru и Скорость и ускорение точки - student2.ru за время Скорость и ускорение точки - student2.ru и поэтому

Скорость и ускорение точки - student2.ru . (44)

Пусть движущаяся точка Скорость и ускорение точки - student2.ru в момент времени Скорость и ускорение точки - student2.ru имеет скорость Скорость и ускорение точки - student2.ru . В момент времени Скорость и ускорение точки - student2.ru эта точка занимает положение Скорость и ускорение точки - student2.ru , имея скорость Скорость и ускорение точки - student2.ru (рис. 22). Чтобы изобразить приращение скорости Скорость и ускорение точки - student2.ru за время Скорость и ускорение точки - student2.ru , перенесем вектор скорости Скорость и ускорение точки - student2.ru параллельно самому себе в точку Скорость и ускорение точки - student2.ru .

Средним ускорением точки Скорость и ускорение точки - student2.ru за время Скорость и ускорение точки - student2.ru называют отношение Скорость и ускорение точки - student2.ru , т.е. Скорость и ускорение точки - student2.ru . Среднее ускорение точки параллельно приращению скорости Скорость и ускорение точки - student2.ru . Как и средняя скорость, среднее ускорение не имеет на траектории конкретной Скорость и ускорение точки - student2.ru течки приложения и Скорость и ускорение точки - student2.ru изображено в точке Скорость и ускорение точки - student2.ru условно. В общем случае среднее ускорение зависит от времени Скорость и ускорение точки - student2.ru .

Скорость и ускорение точки - student2.ru Ускорением точки Скорость и ускорение точки - student2.ru в момент времени Скорость и ускорение точки - student2.ru называют предел, к которому стремится среднее ускорение при Скорость и ускорение точки - student2.ru , стремящемся к нулю, т. е.

Скорость и ускорение точки - student2.ru . (45)

Таким образом, ускорение точки равно первой производной по времени от скорости точки.

Приращение скорости Скорость и ускорение точки - student2.ru и, следовательно, среднее ускорение направлены внутрь вогнутости траектории. Так же направлены и их предельные значения при Скорость и ускорение точки - student2.ru , стремящемся к нулю. Поэтому ускорение точки направлено тоже внутрь вогнутости траектории.

Скорость и ускорение точки - student2.ru Ускорение точки можно представить в виде (рис. 23):

Скорость и ускорение точки - student2.ru . (46)

Часть ускорения, равная

Скорость и ускорение точки - student2.ru ,

Скорость и ускорение точки - student2.ru называется касательной составляющей ускорения. Она направлена по касательной к траектории. Другая часть ускорения

Скорость и ускорение точки - student2.ru

называется нормальной составляющей ускорения ( Скорость и ускорение точки - student2.ru – радиус кривизны траектории). Она направлена внутрь вогнутости траектории, перпендикулярно Скорость и ускорение точки - student2.ru .

Скорость и ускорение точки - student2.ru 2.1.2. Векторный способ задания движения точки

Скорость и ускорение точки - student2.ru Движение точки относительно рассматриваемой системы отсчета при векторном способе изучения движения задается радиусом-вектором Скорость и ускорение точки - student2.ru этой точки (рис. 24). Движение точки считается заданным, если известен радиус-вектор движущейся точки как функция времени, т. е.

Скорость и ускорение точки - student2.ru . (47)

Задание векторного уравнения движения (47) полностью определяет движение точки.

Скорость точки направлена по касательной к траектории и вычисляется, согласно ее определению, по формуле:

Скорость и ускорение точки - student2.ru . (48)

Для ускорения точки соответственно имеем

Скорость и ускорение точки - student2.ru . (49)

Определение скорости и ускорения точки сводится к чисто математической задаче вычисления первой и второй производных по времени от радиуса-вектора этой точки.

Наши рекомендации