- •Статика
- •Что изучает статика.
- •Сила. Система сил. Активные и реактивные силы. Внешние и внутренние силы. Распределенные и приложенные силы.
- •Материальная точка.
- •Абсолютно твердое тело.
- •Несвободное тело. Связи. Реакции связей.
- •Принцип освобождаемости от связей.
- •7/ Проекция силы на ось и на плоскость.
- •Момент силы относительно оси.
- •Пара сил. Момент пары сил. Теоремы о парах сил.
- •Момент силы относительно точки. Плечо силы.
- •Теорема Вариньона о моменте равнодействующей.
- •Уравнения равновесия плоской произвольной, параллельной и сходящейся систем сил.
- •Что изучает кинематика
- •Траектория точки.
- •Способы задания движения материальной точки
- •Определение скорости, касательного и нормального ускорений при естественном способе задания движения м.Т. (формулы и рисунок)
- •Определение скорости и ускорения при вектором способе задания движения м.Т.
- •Связь между координатным и естественным способами задания движения м.Т.
- •3 . Случаи, когда векторы скоростей точек параллельны между собой и перпендикулярны отрезку, соединяющему точки.
- •4. Случай, когда векторы скоростей точек параллельны между собой и не перпендикулярны отрезку, соединяющему точки.
- •5 Вынужденные колебания с учетом и без учета сил сопротивления.
- •6 Вопрос Относительное движение м.Т.
- •Теорема об изменении главного вектора количества движения
3 . Случаи, когда векторы скоростей точек параллельны между собой и перпендикулярны отрезку, соединяющему точки.
Эти случаи часто встречается, когда определяются угловые скорости тел качения М.Ц.С. находится на пересечении линии, соединяющей точки, и линии, соединяющей концы векторов скоростей точек. Величины скоростей точек в этом случае должны быть известны.
При противоположном направлении векторов скоростей М.Ц.С. расположен между точками, скорости которых известны; при одинаковом направлении - со стороны меньшей скорости и на продолжении отрезка, соединяющего точки.
Угловые скорости тел в этом случае по скоростям двух точек могут определяться сразу (следствие 2) по формулам, приведенным рядом с рисунками. Находить расстояния точек до М.Ц.С. в этом случае, если это не требуется для определения скоростей каких-либо других точек, необязательно.
4. Случай, когда векторы скоростей точек параллельны между собой и не перпендикулярны отрезку, соединяющему точки.
В этом случае принято говорить о мгновенно поступательном движении тела. А это значит, что в данный момент движения фигуры (звена АВ).
1) угловая скорость тела равна нулю;
2) М.Ц.С. находится в бесконечности ;
3) скорости всех точек тела равны между собой.
Следует добавить также, что равенство скоростей наблюдается только в данный момент движения тела. Ускорения точек тела различны.
ДИНАМИКА
Вопрос №1
Динамика –
раздел механики, в котором изучаются
законы движения материальных тел под
действием сил. Осн.законы механики
(зак-ны Галилея-Нютона): закон
инерции
(1-ый закон): материальная точка сохраняет
состояние покоя или равномерного
прямолинейного движения до тех пор,
пока действие других тел не изменит
это состояние; основной
закон динамики ( 2-ой закон (Ньютона)):
ускорение матер.точки пропорционально
приложенной к ней силе и имеет одинаковое
с ней направление
;
закон
равенства действия и противодействия
(3-й закон (Ньютона)):
всякому действию соответствует равное
и противоположно направленное
противодействие; закон
независимости сил:
несколько одновременно действующих
на матер.точку сил сообщают точке такое
ускорение, какое сообщила бы ей одна
сила, равная их геометрической сумме.
В классической механике масса
движущегося тела принимается равной
массе покоящегося тела, – мера инертности
тела и его гравитационных свойств.
Масса = весу тела, деленному на ускорение
свободного падения.
m=G/g, g9,81м/с2. g зависит от географической широты места и высоты над уровнем моря – не постоянная величина. Сила – 1Н (Ньютон) = 1кгм/с2. Система отсчета, в которой проявляются 1-ый и 2-ой законы, назыв. инерциальной системой отсчета. Дифференциальные уравнения движения материальной точки:
,
в проекции на декартовы оси коорд.:
,
на оси естественного трехгранника:
ma=Fi;
man=Fin;
mab=Fib
(ab=0
– проекция ускорения на бинормаль),
т.е.
(
– радиус кривизны траектории в текущей
точке). Вслучае плоского движения точки
в полярных координатах:
.
ВОПРОС №2 Две основные задачи динамики: первая задача динамики – зная закон движения точки, определить действующую на нее силу; вторая задача динамики (основная) – зная действующие на точку силы, определить закон движения точки.
– дифференциальное ур-ие прямолинейного
движения точки. Дважды интегрируя его,
находим общее решение x=f(t,C1,C2).
Постоянные
интегрирования C1,C2
ищут из начальных условий: t=0,
x=x0,
=Vx=V0,
x=f(t,x0,V0)
– частное решение – закон движения
точки.
Вопрос №3 Колебательное
движение материальной точки.
Восстанавливающая сила (сила упругости)
Fx=
– cx,
сила стремится вернуть точку в равновесное
положение, "с" – коэффициент
жесткости пружины = силе упругости при
деформации, равной единице [Н/м]. Свободные
колебания
;
обозначив c/m=k2,
получаем
– линейное однородное диффер-ное
уравнение второго порядка, характеристическое
уравнение: z2
+ k2=
0, его корни мнимые,
общее решение дифф-ного уравнения будет
x=
C1coskt
+ C2sinkt,
C1,C2
– постоянные интегрирования. Для их
определения находим уравнение скоростей:
=
– kC1sinkt
+ kC2coskt,
подставляем начальные условия в уравнения
для х и
,
откуда С1=
х0,
С2=
/k,
т.е. x=
х0coskt
+ (
/k)sinkt.
М
ожно
обозначить С1=Аsin,
C2=Acos
x=Asin(kt+)
– уравнение гармонических колебаний.
А=
–амплитуда,
tg=kx0/
,
– начальная фаза свободных колебаний;
–
циклическая частота (угловая, собственная)
колебаний; период: Т=2/k=2
,
k
и Т не зависят от начальных условий –
изохронность колебаний; амплитуда и
начальная фаза зависят о начальных
условий. Под действием постоянной силы
Р происходит смещение центра колебаний
в сторону действия силы Р на величину
статического отклонения ст=Р/с.
Если Р – сила тяжести, то Т=2
.
Вопрос
№4 Затухающие
колебания
при действии Rx=
– b
сила сопротивления, пропорциональная
скорости (вязкое трение).
,
обозначив b/m=2n,
получаем:
,
характеристическое уравнение: z2
+ 2nz
+ k2=
0, его корни:
z
1,2=
.
а) При n<k
корни мнимые
общее решение дифф.ур-ия имеет вид:
,
обозначив С1=Аsin,
C2=Acos
x=Ae-ntsin(kt+).
Множитель e-nt
показывает, что колебания затухающие.
График заключен между двумя симметричными
относительно оси t
кривыми x=Ae-nt.
Из начальных условий:
,
;
частота затухающих колебаний: k*=
;
период:
,
период затухающих колебаний больше
периода свободных колебаний (при
небольших сопротивлениях Т*Т).
Амплитуды колебаний уменьшаются:
– декремент колебаний; –nT*/2
логарифмический декремент; "n"
– коэффициент затухания.
Б) Апериодическое
движение точки при n
k
или b
2
.
При n
> k
корни характеристич-ого ур-я вещественны,
общее решение:
,
обозначая С1=(В1+В2)/2,
С2=(В1-В2)/2,
(ch,
sh
– гиперболические косинус и синус),
если ввести В1=
Аsh,
В2=
Аch,
то
– это уравнение не колебательного
движения (апериодического), т.к.
гиперболический синус не является
периодической функцией. При n
= k
корни характеристич. ур-я вещественны,
равны и отрицательны: z1=z2=
– n,
общее решение:
,
или
,
движение также апериодическое.
