- •Раздел 3. Динамика. Основные понятия классической механики
- •Тема 1. Введение в динамику материальной точки.
- •1.1. Законы динамики материальной точки (законы Галилея—Ньютона)
- •1.2. Дифференциальные уравнения движения материальной точки
- •1.3. Две основные задачи динамики для материальной точки и их решение
- •Тема 2. Введение в динамику механической системы
- •2.1. Основные понятия и определения
- •2.4. Геометрия масс. Центр масс механической системы
- •2.2. Классификация сил
- •2.3. Дифференциальные уравнения движения механической системы
- •2.5. Моменты инерции твердого тела
- •2.6. Осевые моменты инерции некоторых однородных тел
- •2.7. Теорема о моментах инерции твердого тела относительно параллельных осей (теорема Гюйгенса-Штейнера)
1.1. Законы динамики материальной точки (законы Галилея—Ньютона)
Первый закон (закон инерции).
Изолированная от внешних воздействий материальная точка сохраняет свое состояние покоя или движется равномерно и прямолинейно до тех пор, пока приложенные силы не заставят ее изменить это состояние.
Движение, совершаемое точкой при отсутствии сил или под действием уравновешенной системы сил, называется движением по инерции.
Н
апример:
движение
тела по гладкой (сила трения равна нулю)
горизонтальной поверхности (рис. 4:
—
вес
тела,
—
нормальная
реакция плоскости).
Так
как
,
то
.
П
Рисунок 4
Рисунок4
тело движется
с той же скоростью;
при
тело покоится
(
— начальная
скорость).
Второй закон (основной закон динамики).
П
роизведение
массы
точки на ускорение, которое она получает
под действием данной силы, равно по
модулю этой силе,
а ее направление совпадает с направлением
ускорения.
М
Рисунок5
(1.1)
При
ускорения
—
движение точки — равнопеременное
(рис. 5: а
— движение
— замедленное,
;
б
— движение
— ускоренное,
.
—
масса точки,
—
вектор
ускорения,
—
вектор силы,
— вектор
скорости).
При
— точка движется равномерно
и прямолинейно либо при
— покоится (закон инерции).
Второй закон позволяет установить связь
между массой
тела
,
находящегося вблизи земной поверхности,
и его весом
,
,
где
—
ускорение свободного падения.
Третий закон (закон равенства действия и противодействия).
Две материальные точки действуют друг на друга с силами, равными по величине и направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, в противоположные стороны.
Т
Рисунок 6
приложены
к разным точкам,
то система сил
не является
уравновешенной.
(рис. 6). В
свою очередь
— отношение масс взаимодействующих
точек обратно пропорционально их
ускорениям.
Ч
етвертый
закон (закон
независимости действия сил).
У
Рисунок 7
Пояснение
(рис. 7).
Равнодействующая
сил
определяется как
.
Так
как
и
,
то
.
1.2. Дифференциальные уравнения движения материальной точки
Пусть на материальную точку действуют одновременно несколько сил, среди которых есть как постоянные, так и переменные силы.
Запишем второй закон динамики в виде
(1.2)
Так
как
,
,
где
— радиус-вектор движущейся точки, то
(1.2) содержит производные от
и представляет собой дифференциальное
уравнение движения материальной точки
в векторной форме или основное
уравнение динамики материальной точки.
Проекции векторного равенства (1.2): на оси декартовых координат (рис. 8, а)
,
,
(1.3)
на естественные оси (рис. 8, 6)
,
,
(1.4)
У
Рисунок 8
