Главная > ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА (А.П.Маркеев)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
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

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

135. Движение вокруг неподвижной точки. Твердым телом переменного состава будем называть такую механическую систему, которая образована материальными точками Pu(u=1,2,,N), расстояние между которыми остается постоянным, причем хотя бы одна из точек Pu является материальной точкой переменного состава.
Если mu(t) — масса точки Pu, то
mu(t)=mu(0)mu1(t)+mu2(t)(u=1,2,,N),

где mu1(t)(mu2(t)) — суммарная масса частиц, потерянных точкой Pu за время t (соответственно присоединившихся к точке Pu ). Неотрицательные неубывающие функции mu1(t),mu2(t) считаем непрерывными и дифференцируемыми.

Пусть твердое тело переменного состава имеет одну неподвижную точку O. Для получения дифференциальных уравнений движения тела воспользуемся теоремой об изменении кинетического момента системы переменного состава. Пусть система координат Охуz жестко связана с телом, а KO — кинетический момент тела относительно точки O. Если ω — угловая скорость тела, то из равенства (7) п. 131 получаем
d~KOdt+ω×KO=MO(e)+MO(F),

где d~/dt означает локальную (в системе Oxyz ) производную, MO(e) главный момент внешних сил относительно точки O,MO(F) — дополнительный момент, возникающий за счет того, что тело имеет переменный состав.

Найдем вектор MO(F). Пусть Δmu1 — масса частиц, отделившихся от точки Pu,Δmu2 — масса частиц, присоединившихся к точке Pu за время Δt. Если uu1 и uu2 — абсолютные скорости отделяющихся

и присоединяющихся частиц в момент времени t, то с точностью до членов первого порядка малости относительно Δmu1,Δmu2,Δt имеем
ΔKO1=u=1NΔmu1ρu×uu1,ΔKO2=u=1NΔmu2ρu×uu2,

где ρu — радиус-вектор материальной точки Pu относительно неподвижной точки O тела. Из (3) и формул (8) п. 131 получаем
MO(F)=u=1Ndmu1dtρu×uu1+u=1Ndmu2dtρu×uu2.

Пусть vu — скорость точки тела Pu, а uu1(r) и uu2(r) — соответственно скорости присоединяющейся и отделяющейся частиц относительно точки Pu. Тогда uui=vu+uui(r)(i=1,2), что позволяет записать равенство (4) в таком виде:
MO(F)u=1Nρu×(dmu1dtuu1(r)+dmu2dtuu2(r))++u=1Nρu×(dmu1dt+dmu2dt)vu

При помощи соотношения (1) это равенство приводится к виду
MO(F)=u=1Nρu×(dmu1dtuu1(r)+dmu2dtuu2(r))+u=1Nρu×dmudtvu.

Согласно уравнению (3) п. 132, первая сумма в (6) представляет собой главный момент MO(r) реактивных сил относительно точки O. Замечая, что vu=ω×ρu и проводя преобразования, совершенно аналогичные преобразованиям, проведенным в п. 82 , получим, что вторая сумма в (6) равна dJdtω, где J — матрица тензора инерции тела для точки O (которая является функцией времени). Таким образом, дополнительный момент MO(F), появляющийся за счет того, что рассматриваемое тело является системой переменного состава, может быть представлен в форме
MO(F)=MO(r)+dJdtω.

Согласно формуле (9) п. 82, кинетический момент тела KO может быть записан в виде KO=Jω. Отсюда и из равенств (2), (7) получаем
dJdtω+Jdωdt+ω×Jω=MO(e)+MO(r)+dJdtω,

или
Jdωdt+ω×Jω=MO(e)+MO(r).

Если Jx,Jy,Jz и Jxy,Jxz,Jyz — осевые и центробежные моменты инерции, а p,q,r — проекции угловой скорости тела на оси Ox,Oy,Oz, то векторное уравнение (8) запишется в виде трех скалярных уравнений (3) п. 97, в правых частях которых появятся дополнительные слагаемые Mx(r),My(r),Mz(r), являющиеся проекциями момента реактивных сил на оси Ox,Oy,Oz. В общем случае, когда момент внешних сил зависит от ориентации тела в пространстве, при исследовании движения тела вокруг неподвижной точки к этим уравнениям надо добавить еще три кинематических уравнения Эйлера.

Если в процессе отбрасывания и присоединения частиц оси Ox, Oy,Oz остаются ілавными осями инерции, то скалярная форма уравнения (8) примет форму динамических уравнений Эйлера:
Adpdt+(CB)qr=Mx+Mx(r),Bdqdt+(AC)rp=My+My(r),Cdrdt+(BA)pq=Mz+Mz(r),

где A,B,C — моменты инерции тела (зависящие от времени) относительно осей Ox,Oy,Oz, а Mx,My,Mz — проекции главного момента внешних сил на эти оси.
136. Вращение вокруг неподвижной оси. Пусть Oz неподвижная ось, вокруг которой вращается тело переменного состава. Тогда p0,q0,r=ωz(t). Для получения уравнения движения тела спроектируем обе части векторного уравнения (8) на ось Oz. Получим
Jzdωzdt=Mz+Mz(r).

Это и будет дифференциальным уравнением вращения твердого тела вокруг неподвижной оси Oz. От соответствующего уравнения для тела

постоянного состава оно отличается наличием в правой части дополнительного слагаемого Mz(r), являющегося проекцией момента реактивных сил на ось Oz, и тем, что момент инерции Jz тела относительно этой оси является переменной величиной.
ПРимер 1. Тело, имеющее форму кольца радиусом r, вращается под действием постоянного момента M вокруг неподвижной вертикальной оси, совпадающей с осью симметрии. Когда тело приобрело угловую скорость ω0, потребовалось затормозить его. Для таких целей на внешнем ободе кольца на противоположных концах диаметра установлены два реактивных двигателя. Относительная скорость истечения газов в двигателях направлена по касательной к ободу кольца и равна и; секундный расход топлива равен q, начальный момент инерции тела с топливом равен J0. Требуется найти расход топлива, необходимый для полного торможения тела.

Согласно (10), дифференииальное уравнение, описывающее вращение тела, будет таким:
(J0qr2t)dωdt=Mqur.

Торможение вращения тела возможно, если величина реактивного момента достаточно велика ( qur>M ). Решив уравнение (11), получим зависимость угловой скорости тела от времени:
ω(t)=ω0+qurMqr2ln(1qr2J0t).

Из уравнения ω(τ)=0 найдем время τ торможения вращения тела, a затем по формуле m=qτ вычислим необходимый расход топлива. B результате получим
m=J0r2(1eqr2ω0qurM).

1
Оглавление
email@scask.ru