![]() ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Координатный способ задания движения точкиРассматривается движение точки М в неподвижной системе отсчёта OXYZ (рис. 2.1). Единичные векторы (орты) i, j, k показывают положительные направления отсчёта координат X, Y, Z. Движущаяся точка описывает в пространстве некоторую линию, которую называют траекторией движения точки. По виду траектории все движения точки делятся на прямолинейные и криволинейные. Положение точки М в неподвижной системе отсчёта (НСО) определяется тремя координатами X, Y, Z. При движении точки М её координаты изменяются с течением времени. Следовательно, коорди Систему трёх уравнений X = f1(t); Y = f2(t); Z = f3(t) называют уравнениями движения точки в пространстве в декартовых координатах.
Движение точки М на плоскости (рис. 2.2) определяется двумя уравнениями: X = f1(t); Y = f2(t). Эти выражения называют уравнениями движения точки на плоскости в декартовой системе отсчёта. Пример. Заданы уравнения движения точки в плоскости OXY. X = 3·t2 + t2 + t; Y = 7·cos(p·t). Уравнения движения, определяющие координаты точки в любой момент времени, рассматривают как параметрические уравнения траектории точки. При исключении параметра t из уравнений движения получают уравнение траектории точки в координатной форме (Y = f(t)).
Решение. Из уравнения X = 4·t находим t = X/4. Значение времени t подставляем в уравнение Y = 16·t2 – 1. Получаем Y = 16·(X/4)2 – 1 = X2 – 1. Выражение Y = X2 – 1 есть уравнение параболы (y= a·x2+b·x+c) с вершиной в точке с координатами (0, – 1). В момент времени t1 = 0,5 с определяем координаты: X(t1) = 4·t1 = 4·0,5 = 2 см > 0; Y(t1) = 16·(t1)2 – 1 = 16·(0,5)2 – 1 = 3 см >0. Показываем положение точки на траектории её движения (рис. 2.3). Пример. Дано: X = 3·sin(p·t), см (1); Y = 3·cos(p·t), см (2); t1 = 0,25 c. Определить вид траектории движения точки и её положение на траектории движения в момент времени t1. Решение. Уравнения движения точки представим в следующем виде: (X)2 = (3·sin(p·t))2 (1I); (Y)2 = (3·cos(p·t))2 (2I). Для решения используем тригонометрическую формулу sin2(α) + cos2(α) = 1. Складывая левые и правые части уравнений (1I) и (2I), получим (X)2 + (Y)2 = 32·(sin2(p·t) + cos2(p·t)) = 32·1 или (X)2 + (Y)2 = 32. Известно, что уравнение (X)2 + (Y)2 = R2 есть уравнение окружности радиусом R с центром в начале координат. Таким образом, точка Определяем положение точки на траектории движения в момент времени t1. X(t1) = 3·sin(p·t1) = 3·sin(p·0,25) = 3·0,707 = 2,121 см > 0. Y(t1) = 3·cos(p·t1) = 3·cos(p·0,25) = 3·0,707 = 2,121 см > 0. Показываем точку на траектории её движения (см. рис. 2.4). ВНИМАНИЕ! Если точка не попадает на траекторию её движения, то: 1) неверно определен вид траектории движения; 2) неверно рассчитаны значения координат X(t1), Y(t1).
Прямолинейное движение точки М определяется одним уравнением движения X = f(t).
Пример. Дано: X = 10·t2 + sin(2·p·t) + 3, см (рис. 2.5).
Определить положение точки на траектории движения в начальный момент времени t0 = 0 и в момент времени t1 = 1 c. Решение. X(t0) = 10·(t0)2 + sin(2·p·t0) + 3 = 10·02 + sin(2·p·0) + 3 = 3 см > 0. X(t1) = 10·(t1)2 + sin(2·p·t1) + 3 = 10·12 + sin(2·p·1) + 3 = 13 см > 0. Значения координат X(t0), X(t1) наносим на рис. 2.5.
Скорость точки
Скорость – векторная величина, характеризующая быстроту и направление движения точки в данной системе отсчёта.
Скорость точки всегда направлена по касательной к траектории её движения.
Разложим вектор V скорости точки на составляющие по координатным осям: V = V OX + V OY + V OZ. Векторы V OX, V OY, V OZ называют компонентами скорости по координатным осям. Вектор V скорости можно выразить векторным равенством: V = i · где В инженерных расчётах рекомендуется использовать следующие обозначения проекций скорости V на координатные оси: Сравнивая последние формулы, запишем равенство V = V OX + V OY + V OZ = i · Из этого равенства имеем: V OX = i · Проекции скорости на координатные оси системы отсчёта равны первым производным по времени от соответствующих уравнений движения:
где точка (·) означает символ однократного дифференцирования функции по времени. Зная проекции скорости на координатные оси, находят модуль скорости по формуле
Ориентацию вектора скорости V в системе отсчёта OXYZ определяют по направляющим косинусам: cos(V, i) =
Модуль и направление скорости точки в этом случае определяются по формулам:
Прямолинейное движение точки (рис. 2.8) задаётся одним уравнением X = f(t). В этом случае модуль скорости точки равен абсолютной величине проекции скорости на координатную ось ОХ. V = | При Ускорение точки
Ускорение – векторная величина, характеризующая быстроту изменения величины и направления скорости.
Ускорение всегда направлено в сторону вогнутости траектории движения. Рассматривается движение точки на плоскости в системе отсчёта OXY (рис. 2.9) по заданным уравнениям движения X = f1(t); Y = f2(t). Согласно рис. 2.9 запишем векторное равенство а = а ОХ +a OY = i · где а – ускорение точки; а ОХ, a OYкомпоненты ускорения по координатным осям; Здесь две точки (··) означает символ двойного дифференцирования функции по времени.
Распространяя полученный результат на пространство (система отсчёта OXYZ), получим а = а ОХ + a OY + a OZ= i · Как правило, проекции ускорения а на координатные оси в технической литературе обозначаются так: Проекции ускорения точки на координатные оси равны вторым производным по времени от соответствующих уравнений движения или первым производным по времени от проекций скорости на соответствующие оси.
Модуль ускорения находится по следующим формулам: a = a = a = | Направляющие косинусы находятся по следующим формулам: cos(a, i) = Зная направляющие косинусы, вектор ускорения а ориентируют в пространстве. Рассматривается движение точки по прямой линии согласно заданному уравнению движения X = f(t) (рис. 2.10).
При таком движении справедливо равенство а = а ОХ = i ·
Примечания: 1. Если проекции ускорения на координатные оси положительны ( 2. Если проекции ускорения на координатные оси отрицательны (
Рассмотрим более подробно движение точки на координатной оси ОХ (рис. 2.10) по заданному уравнению движения X = f(t). Если проекция Если проекция X = X0 + где X0 – значение координаты точки в начальный момент времени; Если Если Если При условии, что Пусть, например, X = (t)3/3 + Таким образом, если заданы уравнения движения точки в координатной форме, то можно в любой момент времени определить следующие кинематические характеристики: 1) траекторию движения; 2) положение точки на траектории движения; 3) проекции скорости на координатные оси, а, следовательно, и модуль скорости; 4) ориентацию вектора скорости в системе отсчёта по её направляющим косинусам; 5) проекции ускорения на координатные оси и модуль ускорения; 6) положение вектора ускорения в системе отсчёта по его направляющим косинусам. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|