Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)


 

 

 

 



Плоскопараллельное движение тела



Пример 6. Зубчатое колесо зажато между двумя параллельными зубчатыми рейками (рис. 1.51, а). Нижняя рейка неподвижна, верхняя — движется со скоростью v = 4 м/с. Определить скорость точки В.

Решение

 

Колесо совершает плоскопараллельное дви­жение. Как известно, плоскопараллельное движение мож­но представить как сумму двух движении: поступатель­ного вместе с осью О и вращательного вокруг той же оси.

Тогда скорость точки В можно рассматривать как геометрическую сумму скоростей в поступательном (пере­носном) и во враща­тельном (относитель­ном) движениях (рис. 1.51, б):

где

Как известно, угловая скорость относительного вра­щательного движения не зависит от выбора полюса, поэтому, приняв за полюс точку Р (рис. 1.51, б), найдем

 
 

Скорость точки А — общей точки колеса и рейки vA = 4 м/с. Очевидно,

Модуль скорости точки В

Решим пример другим способом. Движение колеса можно рассматривать в любой момент времени как вра­щательное вокруг мгновенного центра вращения. В рас­сматриваемом примере мгновенный центр вращения коле­са — точки касания колеса с неподвижной рейкой (точ­ка Р).

Скорость точки А можно определить как скорость во вращательном движении вокруг точки Р:

откуда

т. е.

Тогда

 

Пример 7. Цилиндр с выступающим ободом ка­тится без скольжения по горизонтальной поверхности (рис. 1.52). При этом центр цилиндра — точка О движется прямолинейно от начального положения Ох согласно уравнению s = 0,75t3 (s — в метрах,t — в секундах). Опреде­лить скорости точек В и С цилиндра, а также точек А, Е, F и Н, лежащих на ободе цилиндра в мо­мент времениt = 2 с. Диаметр цилиндра d= 1 м, обода D = 1,8 м.

Решение

По за­данному закону дви­жения точки О оп­ределяем ее скорость в момент времени t = 2 с:

приt = 2 с v0 = 9 м/с.

Цилиндр совершает плоскопараллельное движение. Мгновенный центр вращения находится в точке Р. По­этому

Отсюда мгновенная угловая скорость вращения ци­линдра

Найдем расстояния от мгновенного центра скоростей Р до заданных точек:

Для определения расстояния РН рассмотрим прямоугольные треугольники НКО и РКН. Из

треугольника НКО имеем

Теперь определим величины скоростей заданных точек:

 

Вектора скоростей показаны на рис. 1.52.

Пример 8. В механизме грохота (рис. 1.53, а) кривошипы O1А и O2В связаны звеном АВ. Размеры всех звеньев одинаковы: O1А = O2В = АВ = 40 см. Криво­шип O1A равномерно вращается вокруг оси Ох с частотой по = 60 об/мин.

Определить угловую скорость звена АВ и скорость точки В для двух положений грохота:

1) когда кривошип O1A занимает горизонтальное положение,

2) когда криво­шип O2В занимает горизонтальное положение.

Решение

 

Вычислим скорость точки А ведущего криво­шипа:

Рассмотрим теперь последовательно заданные положе­ния механизма.

1-е положение (рис. 1.53, б). При заданных раз­мерах звеньев угол АВО2 = 90°. Определим мгновенный центр вращения звена АВ. Нам известны направления скоро­стей двух его точек: vA и vB. Мгновенный центр скоростей лежит на пересечении перпен­дикуляров к направлениям скоростей vA и vB, т. е. в точке О2.

Найдем мгновенную угло­вую скорость вращения зве­на АВ:

откуда

 
 

Определяем скорость точ­ки В:

2-е положение (рис. 1.53, в). Мгновенный центр скоростей в этом положении находится в точке Ov. Мгно­венная угловая скорость вра­щения звена АВ оказывается равной угловой скорости ведущего кривошипа механизма:

Определяем скорость точки В:

Пример 9. Железнодорожный вагон движется по горизонтальному участку с ускорением а0 = — 1,6 м/с2, имея в данный момент скорость v0 = 1 м/с. Найти уско­рения точек вагонного колеса, лежащих на концах гори­зонтального и вертикального диаметров (рис. 1.54).

Решение

 

Движение центра колеса О примем за переносное ае = а0. Относительное движение является враща­тельным относительно выбранного полюса О. Найдем угловую скорость и угловое ускорение относительного движения.

Составим выражение скорости точки О в произвольный момент времени:

Рассматривая движение точки О относительно мгно­венного центра скоростей, который совпадает с точкой Р, найдем угловую скорость вращения колеса:

ω = v0/OP = v0/R = 1/0,4 = 2,5 рад/с.

Как известно, v = ωR. Продифференцируем полученное уравнение по времени:

Следовательно, at = Rε.

В рассматриваемом примере at — касательное ускоре­ние точки О в поступательном движении, т. е. at = — a0 (движение замедленное),ε — угловое ускорение колеса во вращательном движении вокруг точки О.

Тогда

Поскольку все исследуемые точки А, В, Р и С нахо­дятся на одинаковом расстоянии от центра колеса, то относительные касательные и нормальные ускорения их по величине соответственно одинаковы и определяются по формулам:

На рис. 1.54 в каждой точке построены три состав­ляющих ускорения:

Два из трех составляющих векторов для каждой точ­ки направлены по одной прямой и складываются алгебраи­чески. Векторные построения, выполненные на рис. 1.54 около точек А, В и Р, позволяют найти величины и на­правления их абсолютных ускорений:

 

 

Контрольные вопросы и задания

  1. Какое движение называют сложным?
  2. Какие движения твердого тела называют простыми?
  3. Какие системы координат выбирают при определении скоро­стей твердых тел при сложном движении?
  4. Какое движение считают переносным, а какое — относитель­ным?
  5. Сформулируйте теорему сложения скоростей.
  6. Какое движение называют плоским?
  7. Какие способы применяют для определения скоростей точек тела при плоскопараллельном движении?
  8. Что такое мгновенный центр скоростей, как его определяют и для чего используют?
  9. Ответьте на вопросы тестового задания.

 
 

Темы 1.10, 1.11. Кинематика. Сложное движение точки. Сложное движение твердого тела

 

 


ЛЕКЦИЯ 13

Тема 1.12. Основные понятия и аксиомы динамики. Понятие о трении

Иметь представление о массе тела и ускорении свободного па­дения, о связи между силовыми и кинематическими параметрами движения, о двух основных задачах динамики.

Знать аксиомы динамики и математическое выражение основ­ного закона динамики.

Знать зависимости для определения силы трения.

Содержание и задачи динамики

 

Динамика — раздел теоретической механики, в котором уста­навливается связь между движением тел и действующими на них силами.

В динамике решают два типа задач:

  • определяют параметры движения по заданным силам;
  • определяют силы, действующие на тело, по заданным кине­матическим параметрам движения.

 

При поступательном движении все точки тела движутся одина­ково, поэтому тело можно принять за материальную точку.

Если размеры тела малы по сравнению с траекторией, его то­же можно рассматривать как материальную точку, при этом точка совпадает с центром тяжести тела.

При вращательном движении тела точки могут двигаться не­одинаково, в этом случае некоторые положения динамики можно применять только к отдельным точкам, а материальный объект рас­сматривать как совокупность материальных точек.

Поэтому динамику делят на динамику точки и динамику мате­риальной системы.

Аксиомы динамики

Законы динамики обобщают результаты многочисленных опы­тов и наблюдений. Законы динамики, которые принято рассматри­вать как аксиомы, были сформулированы Ньютоном, но первый и четвертый законы были известны Галилею. Механику, основанную на этих законах, называют классической механикой.

Первая аксиома (принцип инерции):

Всякая изолированная материальная точка находится в со­стоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока приложенные силы не выведут ее из этого состояния.

Это состояние называют состоянием инерции. Вывести точку из этого состояния, т. е. сообщить ей некоторое ускорение, может внеш­няя сила.

Всякое тело (точка) обладает инертностью. Мерой инертности является масса тела.

Массой называют количество вещества в объеме тела, в клас­сической механике ее считают величиной постоянной. Единица из­мерения массы — килограмм (кг).

Вторая аксиома (второй закон Ньютона — основной закон динамики)

Зависимость между силой, действующей на материальную точ­ку, и сообщаемым ею ускорением следующая:

F = та,

где т — масса точки, кг; а — ускорение точки, м/с2.

Ускорение, сообщенное материальной точке силой, пропорцио­нально величине силы и совпадает с направлением силы.

 

 

Основной закон динамики в дифференциальной форме:

На все тела на Земле действует сила тяжести, она сообщает телу ускорение свободного падения, направленное к центру Земли:

G = тg,

где g = 9,81м/с2, ускорение свободного падения.

 

Третья аксиома (третий закон Ньютона).

Силы взаимодействия двух тел равны по величине и направле­ны по одной прямой в разные стороны (рис. 13.1):

Откуда

При взаимодействии ускорения обратно пропорциональны массам.

Четвертая аксиома (закон независимости действия сил).


Просмотров 977

Эта страница нарушает авторские права



allrefrs.ru - 2023 год. Все права принадлежат их авторам!