Теорема о движении центра масс механической системы.

. Уравнение движения механической системы: ; ; .

Теорема: Центр масс механической системы движется как материальная точка, обладающая массой механической системы, к которой приложены все внешние силы, действующие на данную механическую систему:

Следствия:

1. внутренние силы не влияют на движение механической системы.

2. если главный вектор всех внешних сил равен нулю, то центр масс находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно.

3. если проекция главного вектора всех внешних сил на какую-либо ось равна нулю, то проекция центра масс неподвижна или движется равномерно и прямолинейно.

2) Уравнениями Лагранжа второго рода называют дифференциальные уравнения движения механической системы, получаемые при применении лагранжева формализма.

Если голономная механическая система описывается лагранжианом (qi — обобщённые координаты, t — время, точкой обозначено дифференцирование по времени) и в системе действуют только потенциальные силы, то уравнения Лагранжа второго рода имеют вид

где i = 1, 2, … n (n — число степеней свободы механической системы).

Если в системе действуют непотенциальные силы (например, силы трения), уравнения Лагранжа второго рода имеют вид

Где — кинетическая энергия системы, Qi — обобщённая сила.

В лагранжевой механике вывод уравнений Лагранжа происходит на основе принципа наименьшего действия. Механическая система может быть описана некой функцией , называемой лагранжианом. Принцип наименьшего действия гласит, что функционал

называемая действием принимает минимальное значение на траектории системы (здесь t1 и t2 — начальный и конечный моменты времени).

Применяя к функционалу действию стандартную схему оптимизации, получаем уравнения Лагранжа — Эйлера, которые и называются уравнениями Лагранжа второго рода для механической системы.

Билет 30.1) Работа силы. Мощность. Элементарная работа dA = Ftds, Ft – проекция силы на касательную к траектории, направленная в сторону перемещения, или dA = Fdscosa.

Если a – острый, то dA>0, тупой – <0, a=90o: dA=0. dA= – скалярное произведение вектора силы на вектор элементарного перемещения точки ее приложения; dA= Fxdx+Fydy+Fzdz – аналитическое выражение элементарной работы силы. Работа силы на любом конечном перемещении М0М1:. Если сила постоянна, то = F×s×cosa. Единицы работы:[1 Дж (джоуль) = 1 Нм].

, т.к. dx= dt и т.д., то.

Теорема о работе силы: Работа равнодействующей силы равна алгебраической сумме работ составляющих сил на том же перемещении А=А1+А2+…+Аn.

Работа силы тяжести:, >0, если начальная точка выше конечной.

Работа силы упругости: –работа силы упругости равна половине произведения коэффициента жесткости на разность квадратов начального и конечного удлинений (или сжатий) пружины.

Работа силы трения: если сила трения const, то - всегда отрицательна, Fтр=fN, f – коэфф.трения, N – нормальная реакция поверхности.

Работа силы тяготения. Сила притяжения (тяготения):, из mg=, находим коэфф. k=gR2. – не зависит от траектории.

Мощность – величина, определяющая работу в единицу времени,. Если изменение работы происходит равномерно, то мощность постоянна: N=A/t. [1 Вт (ватт) =1 Дж/с, 1 кВт (киловатт) =

= 1000 Вт, 1л.с.(лошадиная сила) = 75 кгс×м/с = 736 Вт].

Билет 17 1) Количество движения материальной точки - вектор, численно равный произведению массы точки на скорость ее движения и совпадающий с ней по направлению.

Теорема: Изменение количества движения материальной точки за некоторый промежуток времени равно импульсу силы, действующей на точку за этот промежуток времени.

Кинетическая энергия материальной точки - скаляр, равный половине произведение массы точки на квадрат ее скорости.

Основное уравнение динамики: , домножим на элементарное перемещение: ; ; . Интегрируя полученное выражение:

Теорема: изменение кинетической энергии материальной точки на некотором перемещении равно работе силы, действующей на точку, на том же перемещении.

Момент количества движения материальной точки относительно полюса - вектор численно равный произведению количества движения на плечо d (кратчайшее расстояние от полюса до линии действия количества движения) и направлен перпендикулярно плоскости, проходящей через вектор количества движения и полюс, в сторону, откуда вращение вектора вокруг полюса видно против часовой стрелки: , где r - расстояние от полюса до материальной точки.

Проекция момента количества движения материальной точки относительно полюса на ось, проходящую через этот полюс равна моменту количества движения точки относительно этой оси: , где k - единичный орт оси z.

1) Непнерииальные системы отсчета (НСО)

Определение: Неинерпиальной системой отсчета (НСО) называется система, движущаяся ускоренно относительно инерцнальной (ИСО). Простейшие НСО - это системы, движущиеся ускоренно прямолинейно, и системы врашаюшиеся. Задача состоит в том. чтобы найти уравнения движения в НСО. эта задача сводится к установлению законов преобразования сил и ускорений при переходе от ИСО к НСО

Условимся считать произвольно выбранную ИСО неподвижной, а движение относительно нее абсолютным. Если тело неподвижно в системе отсчета, которая движется относительно выбранной ИСО. то такое движение тела назовем переносным.

Движение тела относительно движущейся системы отсчета назовем относительным.

Работа силы тяжести численно равна произведению силы тяжести на вертикальное перемещение точки ее приложения, не зависит от траектории перемещения, а только от расстояние между вертикальными проекциями начального и конечного положения точки:

Общее уравнение динамики. Принцип Д’Аламбера-Лагранжа.

Принцип Д’Аламбера: å(P_i + R_i + Ф_i) = 0; å(P_i + R_i + Ф_i)Dr_i = 0, полагаем. что связи, наложенные на механическую систему двисторонние, стационарные, голономные и идеальные, тогда: å(R_i × Dr_i) = 0;

å(P_i + Ф_i)Dr_i = 0 - общее уравнение динамики - для движения механической системы с двусторонними, стационарными, голономными и идеальными связями сумма работ задаваемых сил и сил инерции точек системы на любом возможном перемещении равна нулю.

Билет 18.

Импульс силы - векторная величина, характеризующая передачу материальной точке механического движения за некоторый промежуток времени со стороны других тел, действующих на нее, равна произведению силы на время ее действия и совпадает с ней по направлению: ; В проекциях на оси:

Теорема об изменении количества движения материальной точки.

Количество движения материальной точки - вектор, численно равный произведению массы точки на скорость ее движения и совпадающий с ней по направлению.

Основное уравнение динамики: ; . Интегрируя получим: ; .

Теорема: Изменение количества движения материальной точки за некоторый промежуток времени равно импульсу силы, действующей на точку за этот промежуток времени.

Вынужденные колебания без учета сопротивления среды

Такие колебания происходят, если на точку, кроме восстанавливающей силы действует вынуждающая сила, изменяющаяся по гармоническому закону: H

Вынужденные колебания с учетом сопротивления среды

Такие колебания происходят, если на точку, кроме восстанавливающей и вынуждающей силы действует сила сопротивления:

R=-µv µ - коэффициент сопротивления среды

2) Кинетический момент относительно полюса - главный момент количества движения механической системы относительно полюса - вектор, равный геометрической сумме момента количества движения всех точек системы относительно того же полюса:

Кинетический момент относительно оси - скаляр, равный алгебраической сумме моментов количеств движения всех точек системы относительно той же оси:

Кинетический момент вращающегося твердого тела относительно оси вращения равен произведению угловой скорости на момент инерции тела относительно оси вращения: ; .

В механике, степени свободы — это совокупность независимых координат перемещения и/или вращения, полностью определяющая движение и/или положение тела или системы тел.Твёрдое тело, движущееся в трёхмерном пространстве, максимально может иметь шесть степеней свободы: три поступательных и три вращательных.

Билет 19

Кинетическая энергия механической системы - скаляр, равный сумме кинетических энергий всех точек системы: .

При поступательном движении:

При вращательном движении:

При плоскопараллельном движении: , где d - расстояние от центра масс до МЦС

Теорема Кёнига

Теорема Кёнига позволяет выразить полную кинетическую энергию системы через энергию движения центра масс и энергию движения относительно центра масс.

Формулировка: Кинетическая энергия системы есть энергия движения центра масс плюс энергия движения относительно центра масс:

где T — полная кинетическая энергия, — энергия движения центра масс, — относительная кинетическая энергия.

Дата добавления: 2015-11-16