Плоской фигуры с использованием мгновенного центра скоростей

Мгновенным центром скоростей (МЦС) плоской фигуры называется точка P, скорость которой в данный момент

времени равна нулю:

vP 0 . МЦС может быть конкретной

точкой плоской фигуры или может располагаться вне плоской фигуры. В последнем случае его следует понимать как точку подвижной плоскости, жестко скрепленной с плоской фигурой. При движении плоской фигуры положение МЦС может изменяться как относительно самой фигуры, так и относительно неподвижной системы отсчета.

Использование МЦС упрощает процедуру определения скоростей точек плоской фигуры. Пусть в данный момент времени известно положение МЦС (точка P) и известна угловая скорость плоской фигуры (рис. 11).

Рис 11. Определение скоростей точек B и C

с использованием мгновенного центра скоростей P.

Возьмем точку P для этого момента времени в качестве

полюса, скорость которого

vP 0 . Тогда согласно формуле

(2.15) скорость какой-либо точки B

vB vP

+ vBP vBP .

Направление скорости v B

перпендикулярно отрезку PB и ее

модуль

vB vBA PB . Аналогичный результат получается

для другой точки C:

vC vCP ;

vC vCA PC ;

(vC PC ).

Таким образом, скорости точек плоской фигуры пропорциональны их расстояниям до МЦС и определяются в данный момент времени так, как если бы движение фигуры было вращением вокруг МЦС.

Методы нахождения положения МЦС
1). Известен вектор скорости vAкакой-либо точки A плоской фигуры и ее угловая скорость 0 .
МЦС (точка P) находится на перпендикуляре к вектору vA, проведенном через точку A. Расстояние AP = vA/и откла- дывается в сторону, которую указывает вектор vAпосле поворота на угол /2 в направлении дуговой стрелки . При этом получается, что скорость vP vAvPA vAvA0; ( vPA PA vA) .
2). Известны не параллельные друг другу скорости vAи vBдвух точек плоской фигуры.
МЦС (точка P) находится в точке пересечения перпен- дикуляров, проведенных через точки A и B к скоростям этих точек. Угловая скорость плоской фигуры vA/ PA vB/ PB . Отметим, что для нахождения только положения МЦС достаточно знать лишь направления скоростей двух точек.

Методы нахождения положения МЦС
3). Известны параллельные друг другу скорости vAи vBточек A и B плоской фигуры, перпендикулярные отрезку AB, направленные в одну сторону и не равные по модулю ( vA vB ) .
МЦС (точка P) находится в точке пересечения продолжения отрезка AB и прямой, проведенной через концы векторов vAи vB. При заданной длине отрезка AB расстояния от МЦС до точек A и B определяются из пропорции: vAvB= PA PB. Угловая скорость фигуры vA/ PA vB/ PB . Случай равенства vA vB см. п. 6 на с. 34.
4). Известны параллельные друг другу скорости vAи vBточек A и B плоской фигуры, перпендикулярные отрезку AB, направленные в разные сто- роны.
МЦС (точка P) находится в точке пересечения отрезка AB и прямой, проведенной через концы векторов vAи vB. При заданной длине отрезка AB расстояния от МЦС до точек A и B определяются из пропорции: vAvB= PA PB. Угловая скорость фигуры vA / PA vB / PB .

Методы нахождения положения МЦС
5). Плоская фигура катится без скольжения по неподвиж- ной кривой.
МЦС (точка P) находится в точке соприкосновения фигуры с кривой, так как скорости точек фигуры и неподвижной кривой, находящиеся в соприкосновении, равны между собой и, следовательно, равны нулю. Если известна скорость какой- либо точки A фигуры, то угловая скорость vA/ PA .
6). Известно, что скорости vAи vBдвух точек плоской фигуры параллельны друг другу и не перпендикулярны отрезку AB.
МЦС в данный момент времени не существует или, другими словами, находится в бесконечности. Угловая скорость плоской фигуры в данный момент равна нулю. Движение фигуры называется мгновенно-поступательным. Скорости всех точек фигуры равны ( vA vB ) . Аналогичный результат получается в случае равенства vA vB (см. п. 4 на с. 33).

52,53,54.