Траектория скорость ускорение точки

Траектория скорость ускорение точки

Кинематика – раздел механики, в котором изучаются движение материальных тел с геометрической точки зрения, без учета массы и действующих на них сил. Способы задания движения точки: 1) естественный, 2) координатный, 3) векторный. Траектория точки – непрерывная кривая, которую описывает точка при своем движении.

Естественный сп. указывается траектория точки, закон ее движения по этой траектории, начало и направление отсчета дуговой координаты: s=f(t) – закон движения точки. При прямолинейном движении: х=f(t).

Координатный сп. положение точки в пространстве определяется тремя координатами, изменения которых определяют закон движения точки: x=f1(t), y=f2(t), z=f3(t).

Если движение в плоскости, то два уравнения движения. Уравнения движения описывают уравнение траектории в параметрической форме. Исключив из уравнений параметр t, получаем уравнение траектории в обычном виде:f(x,y)=0 (для плоск-ти).

Векторный сп. положение точки определяется ее радиус-вектором , проведенным из какого-либо центра. Кривая, которая вычерчивается концом какого-либо вектора, назыв. годографом этого вектора. Т.е. траектория – годограф радиус-вектора. Связь между координатным и векторным способами:,

( – орты – единичные вектора, сонаправленные с какой-либо осью)

модуль , направляющие косинусы: и т.д.

Переход от координатного способа к естественному: .

Скорость точки. Вектор ск-сти: – первая производная от радиус-вектора по времени (точка обозначает производную по времени); . Проекции скорости: , ,. Модуль скорости:

, направляющие косинусы: и т.д. Если модуль скорости не изменяется с течением времени, то движение называется равномерным. При естественном сп.: – модуль скорости, вектор скорости: , – орт касательной, т.е. скорость всегда направлена по касательной к траектории. Если v>0, то движение происходит в сторону положительного отсчета дуговой координаты и наоборот. Движение в полярной системе координат: r=r(t) – полярный радиус,j=j(t) – угол. Проекции скорости на радиальное направление , поперечное направление , модуль скорости ; x=rcosj, y=rsinj.

Ускорение точки. , [м/сек 2 ]. Проекции уск.-я: и т.д. Модуль уск.-я: , направляющ. косинусы: , и т.д.

При задании движения в полярных координатах: проекции ускорения на радиальное направление , поперечное направление , модуль ускорения . При естественным сп. задания движения полное ускорение раскладывают на нормальное и касательное (тангенциальное) ускорения: . Модуль нормального ускорения: , r – радиус кривизны траектории, нормальное ускорение направлено по нормали к траектории (^ к касательной) всегда к центру кривизны, т.е. в сторону вогнутости. Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по направлению. Модуль касательного ускорения , направлено по касательной к траектории, либо в сторону скорости, либо в обратную. Касательное ускорение характеризует изменение скорости по величине. При ускоренном движ-ии направление касат. уск. и скорости совпадают, при замедленном – противоположно. ^ , Þ . Вектор ускорения лежит в соприкасающейся плоскости Þ его проекция на бинормаль равна 0 (главная нормаль лежит в соприкасающейся плоскости, т.е. в плоскости плоской кривой, бинормаль – ^ к главной нормали и касательной). Частные случаи движения точки: 1) Прямолинейное: радиус кривизны r= ¥(бесконечно большой) Þ аn=0, a=at. 2) Равномерное криволинейное движ-ие:v=const Þ at=0, a=an. Уск. появляется только за счет изменения направления скорости. Закон движ-ия: s=s+v×t, при s=0 v=s/t.

Читайте также:  Лучшие игры для видеокарты 128 мб

3) Равномерное прямолинейное движ-ие: а=at=an=0. Единственное движ-ие, где а=0.

4) Равнопеременное криволинейное движ-ие: at=const, v=v+at×t, . При равноуск. движении знаки у at и v одинаковы, при равнозамедленном – разные.

Простейшие движения твердого тела: поступательное и вращение вокруг неподвижной оси. Поступательное движение тела – такое движение твердого тела, при котором любая прямая, проведенная в этом теле, перемещается, оставаясь параллельное самой себе. При поступат. движ. все точки тела описывают одинаковые траектории и имеют в каждый момент времени одинаковые по модулю и направлению скорости и ускорения. Вращательное движение тела – такое движение твердого тела, при котором все точки, принадлежащие некоторой прямой, неизменно связанной с телом, остаются неподвижными. Эта прямая называется осью вращения тела. При этом движении все точки тела движутся в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, и описывают окружности, центры которых лежат на оси вращения. Урав-ние (закон) вращательного движ.: j=f(t) – угол поворота тела в радианах. (1 рад= 180 о /p=57,3 о ).

Угловая ск-сть: , [рад/с] – определяет быстроту изменения угла поворота.

Вектор угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси, направлен вдоль оси вращения так, что если смотреть ему навстречу вращение будет против час. стрелке. "n"– число оборотов в мин. [об/мин], 1об=2p рад, . Угловое ускорение тела: , [рад/с 2 ]. Вектор углового ускорения также направлен вдоль оси вращения. При ускоренном движении совпадает по направлению с угловой скоростью и противоположно при замедленном вращении.

Частные случаи вращения тела: 1) Равномерное вращение: w=const, j=wt,w=j/t,

2) Равнопеременное вращение: w=w+et; , здесь начальный угол j=0.

Скорости и ускорения точек вращающегося тела. – скорость любой точки твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, равна векторному произведению вектора угловой скорости тела на радиус–вектор этой точки. Модуль векторного произведения: v=w×r×sin(a)= w×(CM), (СМ) – расстояние от точки М до оси вращения. Направлен вектор скорости по касательной к окружности, по которой перемещается точка М, в сторону вращения.

wx,wy,wz – проекции вектора угловой скорости. Проекция вращательной (окружной) скорости: vx=wyz – wzy; vy=wzx – wxz; vz=wxy – wyx. Если ось вращения совпадает с осью z, то vx= – wy; vy=wx. Ускорение: . Вращательное ускорение , модуль вращат. уск. а вр =e×r×sina, направлено по касательной к траектории точки, т.е. параллельно скорости. Центростремительное (осестремительное) ускорение , а ц =w 2 ×R, направлено по радиусу к оси (центру) вращения. Модуль полного уск.: . Угол, между векторами полного и центростремит-ного ускорений

Кинематика– это раздел теоретической механики, в котором изучается движение тел без учета действия сил, вызывающих или поддерживающих это движение.

Основные определения

Движением тела называется изменение его положения в пространстве по отношению к заданной системе отсчета.

Системой отсчета называется любое тело, по отношению к которому изучается движение.

Время в механике считается независимой переменной, одинаковой для всех наблюдателей.

Читайте также:  Как обновить чугунную ванну акрилом отзывы

В отдельных случаях при изучении движения некоторых тел, их можно принять за геометрические точки, пренебрегая размерами, например, когда расстояние, проходимое телом, значительно больше его размеров. Это позволяет значительно упростить изучение характеристик движения.

Для изучения движения тела это движение нужно каким-либо образом задать, т.е. задать положение тела (точки) относительно данной системы отсчета в любой момент времени.

Способы задания движения

1. Естественный способ задания движения

Этим способом удобно пользоваться, когда известна траектория движения точки.

Траекториейназывается линия, которую описывает материальная точка при ее движении в пространстве.

При естественном способе задания движения должны быть заданы:

1. Траектория движения точки

2. Начало отсчета дуговой координаты

3. Направление отсчета

4. Закон движения точки по траектории в виде

(1)

2. Векторный способ задания движения

Вэтом случае для определения положения материальной точки в пространстве в любой момент времени нужно задать начало отсчета (точка О) и зависимость радиус-вектора от времени

(2)

(2) — уравнение движения точки в векторной форме

Геометрическое место концов вектора (годограф вектора) определяет траекторию движения точки.

3. Координатный способ задания движения

В этом случае, в отличие от естественного способа, траектория заранее не известна.

Задается система отсчета Oxyz и координаты материальной точки как функции времени

(3)

(3) — уравнения движения материальной точки в координатной форме.

Уравнение траектории можно получить в явном виде. Для этого надо исключить из уравнений (3) время.

4. Взаимосвязь между некоторыми характеристиками различных способов задания движения.

Связь между координатным и векторным способами задания движения.

— радиус-вектор,

— проекции радиус-вектора равны координатам точки,

— единичные векторы (орты),

тогда , или

. (4)

Уравнение (4) выражает связь между координатным и естественным способами движения. Положение радиус-вектора по отношению к координатным осям определяется по направляющим косинусам

.

Переход от координатного способа к естественному.

Для этого нужно найти из (3) уравнение траектории в явном виде и закон движения вдоль траектории на основе выражения для дифференциала дуги

. (5)

Скорость точки

Скоростью точки называется векторная величина, характеризующая быстроту изменения положения материальной точки в пространстве с течением времени.

Определение скорости при векторном способе задания движения.

— приращение времени,

— приращение радиус-вектора,

. (6)

Средняя скорость точки равна отношению приращения радиус-вектора к соответствующему приращению времени.

Значение скорости в заданный момент времени найдем как предел

,

. (7)

Вектор скорости материальной точки в данный момент времени равен первой производной от радиус-вектора точки по времени.

Вектор скорости всегда направлен по касательной к траектории точки в заданный момент времени.

Механическим движением называют изменение с течением вре­мени положения в пространстве точек и тел относительно какого-либо основного тела, с которым скреплена система отсчета. Кинема­тика изучает механическое движение точек и тел независимо от сил, вызывающих эти движения. Всякое движение, как и покой, относи­тельно и зависит от выбора системы отсчета.

Читайте также:  Как в группе поставить фото на главную

Траекторией точки называют непрерывную линию, описывае мую движущейся точкой. Если траектория — прямая линия, то движе­ние точки называют прямолинейным, а если — кривая, то — криволиней­ным. Если траектория — плоская, то движение точки называют плоским.

Движение точки или тела, считается заданным или известным, если для каждого момента времени (t) можно указать положение точ­ки или тела относительно выбранной системы координат.

Положение точки в пространстве определяется заданием:

а) траектории точки;

б) начала О1 отсчета расстояния по траектории (Рису­нок 11): s = О1М — криволиней­ная координата точки М;

в) направления положи­ тельного отсчета расстояний s;

г) уравнения или закона движения точки по траектории: S = s(t)

Скорость точки. Если точ­ка за равные промежутки време­ни проходит равные отрезки пути, то ее движение называют равномерным. Скорость равно­мерного движения измеряется отношением пути з, пройденно­го точкой за некоторый проме­жуток времени, к величине это­го промежутка времени: v = s/1. Если точка за равные промежут­ки времени проходит неравные пути, то ее движение называют неравномерным. Скорость в этом случае также переменна и являет­ся функцией времени: v = v(t). Рассмотрим точку А, которая перемещается по заданной тра­ектории по некоторому закону s = s(t) (Рисунок 12):

За промежуток времени t т. А переместилась в положение А1 по дуге АА. Если промежуток времени Δt мал, то дугу АА1 можно заменить хордой и найти в первом приближении величину средней скорости движения точки vcp = Ds/Dt. Средняя скорость направлена по хорде от т. А к т. А1.

Истинная скорость точки направлена по касательной к траекто­рии, а ее алгебраическая величина определяется первой производной пути по времени:

v = limΔs/Δt = ds/dt

Размерность скорости точки: (v) = длима/время, например, м/с. Если точка движется в сторону увеличения криволинейной координаты s, то ds > 0, и следовательно, v > 0, а в противном случае ds

Нормальное ускорение характеризует изменение скорости по
направлению.

Величина полного ускорения: , м/с 2

Виды движения точки в зависимости от ускорения.

Равномерное прямолинейное движение (движение по инерции) характеризуется тем, что скорость движения постоянна, а радиус кри­визны траектории равен бесконечности.

То есть, r = ¥, v = const, тогда ; и поэтому . Итак, при движении точки по инерции ее ускорение равно нулю.

Прямолинейное неравномерное движение. Радиус кривизны траектории r = ¥, аn = 0, поэтому и а = аt и а = аt = dv/dt.

Криволинейное равномерное движение. Поскольку v = const, то аt = dv/dt = 0; = v 2 /p

Движение точки, при котором величина касательного ускорения постоянна (аt = соnst) называют равнопеременным. Величину ускоре­ния можно также определить через значение скорости в начале и в конце произвольного промежутка времени t: at = (v – v)/t, откуда v = v + at·t. Путь, пройденный точкой при равнопеременном движении, определится по уравнению:

Примером равномерно-ускоренного движения может служить свободное падение тела, при этом ускорение свободного падения тел вблизи поверхности Земли составляет в среднем g = 9,81 м/с 2 .

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 3737 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Ссылка на основную публикацию
Тест для определения цвета волос
Пожалуйста, не копируйте понравившиеся вам статьи незаконно. Мы предлагаем вам разместить активную ссылку на наш сайт в случае, если вы...
Стим показывает что я не в сети
Не редко пользователи Steam встречаются с проблемой, когда подключение к интернету есть, браузеры работают, но клиент Стим не грузит страницы...
Стим саппорт украли аккаунт
Если ваш аккаунт Steam украли или взломали, то до его восстановления вам необходимо выполнить действия, указанные ниже, иначе аккаунт может...
Тест графики видеокарты 3dmark
Наиболее известная программа тестирования производительности, ставшая де-факто стандартом и точкой отсчета в измерениях игровых возможностей видеокарт. Основную популярность программе обеспечило...
Adblock detector