Главная > ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ Том I МЕХАНИКА (Сивухин Д. В.)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

1. Векторное уравнение (30.5) эквивалентно трем скалярным уравнениям
\[
\frac{d L_{x}}{d t}=M_{x}^{\text {внеш }}, \quad \frac{d L_{v}}{d t}=M_{y}^{\text {внеш }}, \quad \frac{d L_{z}}{d t}=M_{z}^{\text {внеш }},
\]

которые получаются из уравнения (30.5) путем проецирования на неподвижные оси декартовой системы координат. Индекс «внеш», указывающий на то, что при вычислении момента сил внутренние силы могут не приниматься во внимание, в дальнейшем обычно будет опускаться. Таким образом, под М в уравнении моментов всегда будет подразумеваться момент внешних сил. Величины $L_{x}$ и $M_{x}$ называются соответственно моментами импульса и сил относительно оси $X$. Аналогично говорят о моментах импульса и сил относительно координатных осей $Y$ и $Z$.

Вообще, моментами $L_{x}$ и $M_{x}$ импульса и сил относительно произвольной оси $X$ называют проекции векторов $\mathbf{L}$ и $\mathbf{M}$ на эту ось в предположении, что начало $O$ лежит на рассматриваемой оси.
Уравнение
\[
\frac{d L_{x}}{d t}=M_{x}
\]

называется уравнением моментов относительно неподвижной оси $X$. Когда момент внешних сил относительно какой-либо неподвижной оси равен нулю, то момент импульса системы относительно той же оси остается постоянным. Это – закон сохранения импульса относительно неподвижной оси.
2. Чтобы выяснить геометрический смысл момента $M_{x}$, представим векторы $\mathbf{r}$ и $\mathbf{F}$ в виде
\[
\mathbf{r}=\mathbf{r}_{\perp}+\mathbf{r}_{\|}, \quad \mathbf{F}=\mathbf{F}_{\perp}+\mathbf{F}_{\|} .
\]

Здесь $\mathbf{r}_{\perp}$ – составляющая вектора $\mathbf{r}$, перпендикулярная к оси $X$, а $\mathbf{r}_{\|}$- составляющая того же вектора, параллельная этой оси. Аналогичный смысл имеют векторы $\mathbf{F}_{\perp}$ и $\mathbf{F}_{\|}$. Используя эти разложения, можно написать
\[
\mathbf{M}=[\mathbf{r F}]=\left[\mathbf{r}_{\perp} \mathbf{F}_{\perp}\right]+\left\{\left[\mathbf{r}_{\perp} \mathbf{F}_{\|}\right]+\left[\mathbf{r}_{\|} \mathbf{F}_{\perp}\right]\right\}+\left[\mathbf{r}_{\|} \mathbf{F}_{\|}\right] .
\]

Последний член как векторное произведение параллельных векторов равен нулю. Сумма, заключенная в фигурные скобки, есть вектор, перпендикулярный к оси $X$. При проецировании на эту ось он даст нуль. Таким образом, составляющая вектора $\mathbf{M}$, параллельная оси $X$, равна
\[
\mathbf{M}_{\|}=\left[\mathbf{r}_{\perp} \mathbf{F}_{\perp}\right] .
\]

Только эта составляющая и играет роль при нахождении момента $M_{x}$ относительно оси $X$. Аналогично при нахождении проекции $L_{x}$ достаточно проецировать только параллельную слагаемую вектора $\mathbf{L}$ :
\[
\mathbf{L}_{\|}=\left[\mathbf{r}_{\perp} \mathbf{p}_{\perp}\right] .
\]

Изложенное тривиальным образом обобщается на случай системы нескольких сил и системы нескольких материальных точек.

Назовем плечом силы относительно некоторой оси кратчайшее расстояние между осью и линией действия силы. Тогда момент силы относительно той же оси может быть определен как взятое с надлежащим знаком произведение перпендикулярной составляющей силы на соответствующее плечо. Такое определение момента дается в элементарной физике. Так как точку приложения силы можно перемещать произвольно вдоль линии ее действия, то это определение согласуется с определением, которое было приведено выше. Это видно из рис. 58 , где предполагается, что ось перпендикулярна к плоскости рисунка и проходит через полюс $O$.
Рис. 58

Аналогично момент импульса материальной точки относительно оси можно определить как взятое с надлежащим знаком произведение слагающей импульса, перпендикулярной к этой оси, на соответствующее плечо.

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru