Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс

Пусть механическая система совершает движение относительно основной системы координат Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru . Возьмем подвижную систему координат Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru с началом в центре масс системы Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , движущуюся поступательно относительно основной системы координат. Можно доказать справедливость формулы:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (177)

где Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru – абсолютная скорость центра масс, Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru .

Величина Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru является кинетическим моментом системы относительно центра масс для относительного движения относительно системы координат, движущейся поступательно вместе с центром масс, т. е. системы Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru .

Формула (176) показывает, что кинетический момент абсолютного движения системы относительно неподвижной точки Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru равен векторной сумме кинетического момента центра масс относительно той же точки, если бы в центре масс была сосредоточена вся масса системы, и кинетического момента системы относительно центра масс для относительного движение системы по отношению к подвижной системе координат, движущейся поступательно вместе с центром масс.

Теорема об изменении кинетического момента системы относительно центра масс для относительного движения системы по отношению к системе координат, движущейся поступательно с центром масс; она формулируется так же, как если бы центр масс был неподвижной точкой:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru или Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (178)

где Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru является главным моментом всех внешних сил относительно центра масс.

Дифференциальные уравнения плоского движения твердого тела

Для твердого тела, совершающего плоское движение и, следовательно, имеющего три степени свободы, соответственно получим следующие три дифференциальных уравнения:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru . (179)

С помощью этих уравнений можно решать две основные задачи: по заданному плоскому движению твердого тела находить действующие на тело внешние силы и по заданным внешним силам и начальным условиям определять его движение. При решении этих задач должны быть заданы масса тела и его момент инерции.

Теорема об изменении кинетической энергии

Работа силы

Работа силы на каком-либо перемещении является одной из основных характеристик, оценивающих действие силы на этом перемещении.

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru Элементарная работа силы. Элементарная работа Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru силы Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru на элементарном (бесконечно малом) перемещении Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru определяется следующим образом (рис. 54):

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (180)

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru где Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru – проекция силы Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru на направление скорости точки приложения силы или на направление элементарного перемещения, которое считается направленным по скорости точки.

Элементарную работу можно представить, в виде:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (181)

элементарная работа силы равна произведению элементарного перемещения ни проекцию силы на это перемещение. Отметим частые случаи, которые можно получить из (180):

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru ;

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru ;

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru .

Таким образом, если сила перпендикулярна элементарному перемещению, то ее элементарная работа равна нулю. В частности, работа нормальной составляющей к скорости силы всегда равна нулю.

Приведем другие формулы для вычисления элементарной работы силы:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (182)

элементарная работа силы равна скалярному произведению силы на дифференциал радиуса-вектора точки приложения силы.

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (183)

элементарная работа равна скалярному произведению элементарного импульса силы на скорость точки.

Аналитическое выражение элементарной работы:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru . (184)

Полная работа силы. Полная работа силы Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru на перемещении от точки Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru до точки Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru равна:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (185)

Используя другие выражения для элементарной работы, полную работу силы можно представить также в виде

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (186)

или

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , (187)

где момент времени Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru соответствует точке Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru , а момент времени Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru – точке Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru .

Из определения элементарной и полной работы следует:

1) работа равнодействующей силы на каком-либо перемещении равна алгебраической сумме работ составляющих сил на том же перемещении;

2) работа силы на полном перемещении равна сумме работ этой же силы на составляющих перемещениях, на которые любым образом разбито все перемещение.

Мощность. Мощность силы или работоспособность какого-либо источника силы часто оценивают той работой, которую он может совершить за единицу времени:

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru .

Учитывая определение для элементарной работы, мощность можно представить в виде

Теорема об изменении кинетического момента системы в относительном движении по отношению к центру масс - student2.ru .

Таким образом, мощность равна скалярному произведению силы на скорость точки.

Наши рекомендации