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 Результаты предыдущего параграфа дают возможность получить ряд часто употребляющихся формул для различных видов разложения векторов скорости и ускорения. Требуется определить компоненты скорости и ускорения относительно раРис. 3 диуса-вектора $r$, перпендикулярной к нему прямой, лежащей в плоскости, проходящей через $r$ и $O Z$ (называющейся обычно меридианной плоскостью), и перпендикуляра к меридианной плоскости. Эти три направления мы будем называть $r$-направлением, $\vartheta$-направлением и $\varphi$-направлением. Примем за подвижную ось $x$ прямую, выходящую из $O$, параллельно $\vartheta$-направлению, за ось $y$ прямую, выходящую из $O$, параллельно $\varphi$-направлению, и за ось $z$ прямую, выходящую из $O$ параллельно $r$-направлению. Углы Эйлера, определяющие положение подвижной системы Охуz относительно неподвижной системы $O X Y Z$, суть $\vartheta, \varphi, 0$. Следовательно, компоненты угловой скорости системы $O x y z$ относительно осей $O x, O y, O z$ суть (§16): Движущаяся точка имеет в подвижной системе координаты $0,0, r$. Следовательно, согласно $\S 17$ компоненты скорости этой точки относительно подвижной системы осей суть: а компоненты ускорения относительно той же системы осей суть: и Если точка движется в плоскости, то мы можем ось $z$ выбрать в этой плоскости и принять ее за полярную ось $\vartheta=0$ плоской полярной системы координат. Тогда величины $r$ и $\vartheta$ станут обыкновенными плоскими полярными координатами точки. Так как $\dot{\varphi}$ обращается в нуль, то компоненты скорости и ускорения относительно $r$-направления и $\vartheta$-направления будут равны Требуется определить компоненты скорости и ускорения точки относительно параллели к оси $z$ перпендикуляра, опущенного из этой точки на ось $z$ и перпендикуляра к этим двум направлениям. Эти направления мы будем кратко называть $z$-направлением, $\rho$-направлением и $\varphi$-направлением. Координата $\varphi$ называется азимутом точки. Выберем подвижную систему координат, имеющую начало в нулевой точке и оси $O x, O y, O z$, параллельные соответственно $\rho$-, $\varphi$ и $z$-направлениям. Компоненты угловой скорости системы Охуz относительно осей $O x, O y, O z$ даются, очевидно, равенствами: Координаты движущейся точки в подвижной системе координат равны соответственно $\rho, 0, z$. Согласно $\S 17$ получим для искомых компонентов скорости значения: а для компонентов ускорения – значения: Мы рассмотрим сначала случай плоского движения точки. Через какую-нибудь неподвижную точку $O$ плоскости проводим оси $x$ и $y$ параллельно касательной и внутренней нормали траектории. Эти оси вращаются вокруг $O$ с угловой скоростью $\dot{\varphi}$, если через $\varphi$ обозначим угол, образованный касательной к траектории с какой-нибудь неподвижной прямой плоскости. Обозначив через $v$ скорость точки, через $s$ – путь, пройденный ею к моменту времени $t$, и через $\rho$ – радиус кривизны траектории, будем иметь: Следовательно, угловая скорость осей может быть записана в виде $\frac{v}{\rho}$. вытекает, что компонент ускорения движущейся точки по касательной к траектории имеет величину $v \frac{d v}{d s}$, а по внутренней нормали – величину $\frac{v^{2}}{\rho}$. Скорость движущейся точки определяется ее двумя бесконечно близкими положениями; ускорение определяется поэтому тремя бесконечно близкими положениями. Если мы теперь примем, что траектория точки не является больше плоской кривой, то все же для определения ускорения мы можем считать, что в каждое мгновение траектория лежит в плоскости кривизны, ибо эта плоскость проходит через три бесконечно близкие точки. Поэтому компоненты ускорения относительно касательной, главной нормали и бинормали равны соответственно из которых один равен $\frac{h^{2} r}{p^{3} \rho}$ и направлен по радиусу-вектору к началу коодинат, а другой равен $\frac{h}{p^{2}} \frac{d h}{d s}$ и направлен по касательной. В самом деле, ускорение может быть разложено на два компонента: $v \frac{d v}{d s}$ – по касательной и $\frac{v^{2}}{\rho}$ – по внутренней нормали. Но всякий вектор $F$, лежащий на радиусе-векторе и направленный в сторону, противоположную от начала координат, может быть разложен на два вектора, из которых один равен $-\frac{F p}{r}$ и направлен по внутренней нормали, а другой равен $F \frac{d r}{d s}$ и направлен по касательной. Поэтому вектор $\frac{v^{2}}{\rho}$, направленный по внутренней нормали, имеет по радиусу-вектору, направленному к началу координат, компонент $\frac{r v^{2}}{p \rho}$ и по касательной – компонент $\frac{r v^{2}}{\rho p} \frac{d r}{d s}$. Следовательно, ускорение имеет по касательной компонент и по внутреннему радиусу-вектору – компонент Последний компонент равен $\frac{h^{2} r}{p^{3} \rho}$, а первый может быть представлен в виде: Таким образом, предложение Сиаччи доказано. относительно касательной к меридианной кривой, нормали и касательной $к$ параллели. Пусть точка $P$ имеет координаты $\vartheta$ и $\varphi$. Обозначим через $O$ центр тора и через $C$ – центр меридианного круга, на котором лежит $P$. Полярные координаты точки $C$ относительно $O$ суть $c$ и $\varphi$, а полярные координаты $P$ относительно $C$ суть $a, \vartheta$ и $\varphi$. Следовательно, компоненты ускорения точки $C$, относительно $O$ суть: Компоненты ускорения точки $P$ относительно $C$ суть: Отсюда для компонентов абсолютного ускорения точки $P$ получаем: ЗАДАча 2. Точка, движущаяся на плоскости, имеет постоянные компоненты ускорения по касательной и нормали. Показать, что траектория точки есть логарифмическая спираль. и или где $\varphi$ означает угол, образованный касательной с какой-нибудь неподвижной прямой. где $A$ и $B$ – постоянные. Но это есть натуральное уравнение логарифмической спирали. Задача 3. Определить ускорение точки, движущейся по логарифмической спирали с постоянной угловой скоростью относительно полюса. Согласно теореме Сиаччи компоненты ускорения по радиусу-вектору и касательной равны соответственно $\frac{h^{2} r}{p^{3} \rho}$ и $\frac{h}{p^{2}} \frac{d h}{d s}$. Но если $\omega$ означает постоянную угловую скорость точки, то $h=\omega r^{2}$. Следовательно, компоненты ускорения суть: Так как спирали $\frac{r}{p}, \frac{r}{\rho}$ и $\frac{d r}{d s}$ – постоянны, то оба компонента ускорения прямо пропорциональны радиусу-вектору.
|
1 |
Оглавление
|