Простейшие движения твердого тела. Поступательное движение.

Кинематика твердого тела – изучает движение твердого тела, кинематика точки используется для получения новых зависимостей и формул.

Существует пять видов движения твердого тела:

1. Поступательное (ползун, поршень насоса, спарник колес паровоза, движущегося по прямолинейному пути, кабина лифта, дверь купе, кабина колеса обозрения).

2. Вращательное (маховик, кривошип, коромысло, колесо обозрения, обычная дверь).

3. Плоскопараллельное или плоское (шатун, колесо локомотива при качении по прямолинейному рельсу, шлифовальный круг).

4. Сферическое (гироскоп, шаровая стойка).

5. Общий случай движения или свободный полет (пуля, камень, небесное тело) . Поступательное движение твердого тела – движение, при котором любая прямая, жестко связанная с телом, остается параллельной самой себе. Теорема о поступательном движении твердого тела: При поступательном движении твердого тела все его точки описывают тождественные траектории и имеют в каждый момент времени геометрически равные скорости и ускорения. Проведем радиус-векторы к двум точкам A и B, а также соединим эти точки вектором r_BA. В любой момент времени выполняется векторное равенство: В любой момент времени вектор r_BAостается постояннымпо направлению (по определению поступательного движения) и по величине (расстояние между точками не изменяется). Отсюда: и это означает, что в каждый момент времени положение точки A отличается от положения точки B на одну и ту же величину r_BA= const, т.е. траектории этих двух точек тождественны (совпадают друг с другом при наложении).

Продифференцируем по времени левую и правую часть соотношения: и это означает, что в каждый момент времени скорость точки A равна геометрически (т.е. векторно) скорости точки B.

Второе дифференцирование по времени приводит к соотношению: и это означает, что в каждый момент времени ускорение точки A равно геометрически (т.е. векторно) ускорению точки B.

58 Вращательное движение твердого тела. Угол поворота. Угловая скорость. Угловое ускорение.Вращательное движение твердого тела –движение, при котором все его точки движутся в плоскостях, перпендикулярных некоторой неподвижной прямой, и описывают окружности с центрами, лежащими на этой прямой, называемой осью вращения. Задание вращательное движения –движение задается законом изменения двугранного угла φ (угла поворота), образованного неподвижной плоскостью P, проходящей через ось вращения, и плоскостью Q, жестко связанной с телом:

- это уравнение вращательного движения

Угловая скорость –величина, характеризующая быстроту изменения угла поворота.

- это средняя угловая скорость в интервале времени Dt, устремим Dt ® 0 и перейдем к пределу: , это истинная угловая скорость в момент времени t.

Если dφ/dt > 0, то вращение происходит в сторону увеличения угла поворота, если dφ/dt < 0, то вращение происходит в сторону уменьшения угла поворота.

Угловое ускорение –величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости. - это среднее угловое ускорение в интервале времени Dt, устремим Dt ® 0 и перейдем к пределу: , - это истинное угловое ускорение в момент времени t.

Если d²φ/dt²и dφ/dt одного знака, то скорость увеличивается по модулю и вращение называется ускоренным (дуговые стрелки угловой скорости и углового ускорения направлены в одну сторону), если d²φ/dt²и dφ/dt разного знака, то скорость уменьшается по модулю и вращение называется замедленным (дуговые стрелки угловой скорости и углового ускорения направлены в противоположные стороны).