- •Теоретическая механика
- •Введение
- •Рабочая программа
- •Список литературы
- •Контрольные задания содержание заданий, выбор вариантов, порядок выполнения работ, пояснения к тексту задач
- •Задача с 1. Определение реакций связей
- •Задача с 2. Определение реакции связей составной конструкции
- •Задача к 1. Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения. Задача к 1а.
- •Задача к 1б.
- •Задача к2.
- •Решение.
- •Задача к з.
- •Задача д1.
- •Задача д2.
- •Задача д8.
- •Задача д10.
Задача к 1. Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения. Задача к 1а.
Точка В движется в плоскостиху (рис. К 1.0 – К 1.9, табл. К 1; траектория точки на рисунках показана условно). Закон движения точки задан уравнениями:х=f1(t), у=f2(t), гдех иу выражены в сантиметрах,t– в секундах.
Найти уравнение траектории точки; для момента времени t1=1 с, определить скорость и ускорение точки, а также её касательное и нормальное ускорения и радиус кривизны в соответствующей точке траектории.
Зависимость х=f1(t) указана непосредственно на рисунках, а зависимостьу=f2(t)дана в табл. К 1 (для рис. 0-2 в столбце 2, для рис. 3-6 в столбце 3, для рис. 7-9 в столбце 4). Как и в задачахC1С 4, номер рисунка выбирается по предпоследней цифре шифра; а номер условия в табл. К 1-по последней.
Задача к 1б.
Точка движется по дуге окружности радиуса R=2 м по законуs=f(t), заданному в табл. К 1 в столбце 5(s – в метрах,t – в секундах), гдеs=AM – расстояние точки от некоторого началаА, измеренное вдоль дуги окружности. Определить скорость и ускорение точки в момент времениt1=1 с. Изобразить на рисунке векторы υ и, считая, что точка в этот момент находится в положенииМ, а положительное направление отсчетаsотА кМ.

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример К 1а. По заданным уравнениям движения точкиМв координатной форме определить: траекторию её движения в заданный момент времениt=1c, найти скорость и ускорение.
(см),
(см).
Решение:
1. Определим траекторию движущейся точки М.
Для получения уравнения траектории движущейся точки исключим из заданных уравнений параметр времени t:
,
.
Полученные уравнения возведем в квадрат и суммируем:
.
Таким образом,
.
Данное выражение представляет собой траекторию движущейся точки М– уравнение эллипса с центром в точке с координатами (9; -4). Построим траекторию в координатных осяхху(рис.9).
Укажем положение точки Мна траектории в заданный момент времени, для этого подставим времяt=1с, в уравнения:
см,
см.
Тогда точка Мс координаты (12; -1,4).
Для указания положительного отсчета по траектории определим положение точки Мв начальный момент времени приt=0 с.
см,
см.
Тогда точка М0имеет координаты (15; - 4).
Точки МиМ0принадлежат траектории эллипса, следовательно, решение верно.
Направление положительного отсчета по траектории идёт от точки М0в момент времениt =0c, к точкеМ, когдаt =1 с (против движения часовой стрелки).
2. Определим скорость точки Мв заданный момент времениt.
Известно, что скорость можно разложить по проекциям на координатные оси:
.
Определим проекцию скорости точки Мна осьОх:
.
В заданный момент времени t =1 с, проекция скорости составит:
см/с.
Так,
как Vx=10,9<0, то вектор
скорости
направлен из точкиМпараллельно
осиОхв сторону отрицательных
значенийх, данный вектор требуется
отложить в соответствующем масштабе
скоростей, указанных на схеме.
Определим проекцию скорости точки Мна осьОу:
.
В заданный момент времени t =1 с, проекция скорости составит:
см/с.
Так,
как Vy=3,14>0,
то вектор скорости
направлен из точкиМпараллельно
осиОув сторону положительных
значенийу, данный вектор требуется
отложить в том же масштабе, что и вектор
.
Геометрическая
сумма векторов
и
(по правилу параллелограмма) представляет
собой вектор скорости
точкиМв заданный момент времени,
этот вектор должен быть направлен по
касательной τ к траектории движения
(рис.10). Численное значение скорости
можно измерить, согласно указанному
масштабу для векторов скоростей, либо
определить по теореме Пифагора (так как
вектора
и
взаимно перпендикулярны):
см/с.
3. Определим ускорение точки Мв заданный момент времени t.
Известно, что ускорение можно разложить по проекциям на координатные оси:
.
Определим проекцию ускорения точки Мна осьОх:
.
В заданный момент времени t =1с, проекция ускорения составит:
см/с2.
Так,
как
<0,
то вектор ускорения
направлен из точкиМпараллельно
осиОхв сторону отрицательных
значенийх, данный вектор требуется
отложить в соответствующем масштабе
ускорений, указанного на схеме.
Определим ускорение скорости точки Мна осьОу:
.
В заданный момент времени t = 1с, проекция ускорения составит:
см/с2.
Так,
как
<0,
то вектор ускорения
направлен из точкиМпараллельно
осиОув сторону отрицательных
значенийу, данный вектор требуется
отложить в том же масштабе, что и вектор
.
Геометрическая
сумма векторов
и
(по правилу параллелограмма) представляет
собой вектор ускорения
точкиМв заданный момент времени:
см/с2.
Определим касательное ускорение точки Мв заданный момент времениt, зная проекции скорости и ускорения на оси координат:
см/с2.
Так,
как
,
то вектор ускорения
направлен из точкиМпо касательной
к траектории движения в сторону
направления вектора скорости
(движение точки будет ускоренным), данный
вектор требуется отложить в масштабе
ускорений.
Определим нормальное ускорение точки Мв заданный момент времениt, зная полное и касательное ускорения:
см/с2.
Вектор
ускорения
направлен из точкиМпо нормалипк траектории движения к центру кривизны
траектории, данный вектор требуется
отложить в масштабе ускорений.
Так,
как векторная сумма ускорений
справедлива, то решение верно.

Определим
радиус кривизны траектории
в заданный момент времениcучетом нормального (центростремительного)
ускорения в заданный момент времени:
см.
Пример
К 1б. Точка движется по дуге окружности
радиусаR=2 м по закону
(s-в метрах,t-в секундах), гдеsAM
(рис. К 1б). Определить скорость и
ускорение точки в момент времениt1=1
с.
Решение.
Определяем скорость точки:


При
t1=1 с, получи
м/с.
Ускорение находим по его касательной и нормальной составляющим:


При t1=1 с, получим, учитывая, чтоR=2 м,


Тогда ускорение точки при t1=1 с, будет:

Изобразим
на рис. К 1б векторы
и
учитывая знакиυ1иа1и считая положительным направление отА кМ.










