Поступательное и вращательное движение

Поступательное и вращательное движение - student2.ru В данном примере траектория центра масс - окружность, остальные точки тела также движутся по окружностям , но центры этих окружностей не лежат на одной прямой.

а) поступательное движение. Любая линия, проведенная в твердом теле, при движении остается параллельной самой себе.

Поступательное и вращательное движение - student2.ru Здесь, как и в предыдущем примере а), центр масс тела движется по той же окружности.

б) вращательное движение, центр масс движется по окружности того же радиуса. Каждая точка твердого тела движется по своей окружности; центры всех окружностей лежат на прямой, называемой осью вращения.

Псевдовектор бесконечно малого поворота

Поступательное и вращательное движение - student2.ru При повороте тела на угол dφ, вводят псевдовектор бесконечно малого поворота Поступательное и вращательное движение - student2.ru . В правой системе координат направление Поступательное и вращательное движение - student2.ru определяют правилом правого винта: винт, расположенный вдоль оси, вращается вместе с телом, направление его поступательного движения определяет направление псевдовектора. В левой системе координат направление псевдовектора изменится на обратное, истинный вектор при этом не меняет направления.

6.3. Угловая скорость, сравните с (3.8).

Поступательное и вращательное движение - student2.ru Поступательное и вращательное движение - student2.ru , или Поступательное и вращательное движение - student2.ru . Псевдовектор Поступательное и вращательное движение - student2.ru направлен так же, как и псевдовектор Поступательное и вращательное движение - student2.ru , (6.2).   6.4. Угловое ускорение(сравните с 3.10) . Поступательное и вращательное движение - student2.ru

Связь линейной скорости материальной точки твердого тела и угловой скорости

Поступательное и вращательное движение - student2.ru   Поступательное и вращательное движение - student2.ru откуда Поступательное и вращательное движение - student2.ru

6.6. Связь линейного ускорения материальной точки твердого тела с угловой скоростью и угловым ускорением
Продифференцируем (6.5) по времени:

Поступательное и вращательное движение - student2.ru ,

Поступательное и вращательное движение - student2.ru ,


из (3.10.1) Поступательное и вращательное движение - student2.ru , используя (6.4)

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Из (3.10.1) Поступательное и вращательное движение - student2.ru , заменяя Поступательное и вращательное движение - student2.ru , (6.5), получим

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Динамика вращательного движения

Работа при вращательном движении. Момент силы

Поступательное и вращательное движение - student2.ru

Из (5.3.2):

Поступательное и вращательное движение - student2.ru ,

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Mz - момент силы Ft относительно оси вращения z.
В векторном виде:

Поступательное и вращательное движение - student2.ru - векторное произведение.

Кинетическая энергия при вращательном движении. Момент инерции

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Iz - момент инерции твердого тела, относительно оси z.

Моментом инерции материальной точки Ii называется величина:

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Следовательно,

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Величина I зависит от положения оси вращения и от распределения масс в теле.

Теорема Штейнера

Поступательное и вращательное движение - student2.ru

Поступательное и вращательное движение - student2.ru ,

где I0 - момент инерции относительно оси OО,
I - момент инерции относительно оси O'О'.

7.2.2. Моменты инерции I0 для некоторых тел

Обруч: Поступательное и вращательное движение - student2.ru , где R - радиус обруча.
Диск: Поступательное и вращательное движение - student2.ru , где R - радиус диска.
Шар: Поступательное и вращательное движение - student2.ru , где R - радиус шара.
Стержень: Поступательное и вращательное движение - student2.ru , где l - длина стержня.
    m - масса тела.

Уравнение динамики вращательного движения

Из (5.5):

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .


Используем (7.1) и (7.2):

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .


Используем (6.3):

Поступательное и вращательное движение - student2.ru ,

Откуда

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

Получим основное уравнение динамики вращательного движения, сравнить с (4.6):

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .

7.4. Момент импульса абсолютно твердого тела
Из (7.3):

Поступательное и вращательное движение - student2.ru , или Поступательное и вращательное движение - student2.ru .


Введем момент импульса абсолютно твердого тела:

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .


В векторном виде для однородного симметричного тела:

Поступательное и вращательное движение - student2.ru .


Закон изменения момента импульса со временем:

Поступательное и вращательное движение - student2.ru , сравнить с (4.6)

Наши рекомендации