Вторая группа
К этой группе относятся задачи, в которых тела, входящие в систему (или одно тело), имеют вращательное движение вокруг неподвижной оси.
Ускорение каждой точки такого тела равно геометрической сумме касательного и нормального (центростремительного) ускорений. В соответствии с этим, решая задачу по принципу Даламбера, мы должны к каждой материальной частице вращающегося тела приложить две силы инерции частицы: 1) касательную силу инерции, равную по модулю произведению массы частицы на ее касательное ускорение и направленную противоположно этому ускорению, и 2) нормальную силу инерции (центробежную силу), равную по модулю произведению массы частицы на ее нормальное ускорение и направленную противоположно этому ускорению.
В остальном метод решения задач этой группы остается таким же, как и в задачах первой группы. Если тело вращается равномерно, то касательные ускорения, а следовательно, и касательные силы инерции всех его материальных частиц равны нулю.
Пример 175. Два однородных стержня ОА и ОВ весом
каждый прикреплены концами при помощи шарнира О к вертикальному стержню OD, а их концы А и В привязаны нерастяжимыми горизонтальными нитями к точке D этого стержня. Треугольник АО В начинают вращать вокруг хоси OD с постоянной угловой скоростью
.
Найти натяжения Т нитей и реакцию шарнира
, приложенную к стержню ОВ, если
(рис. 212).
Рис. 212.
Решение. К стержню ОВ, вращающемуся равномерно вокруг оси OD, приложены заданная сила
, реакции
шарнира О и реакция Т нити.
Применяя принцип Даламбера, разобьем стержень ОВ на бесконечно малые элементы и приложим к каждому такому элементу силу инерции направленную противоположно его ускорению
и равную по модулю
, где
- масса элемента.
Если рассматриваемый элемент находится на расстоянии
от точки О, то
и, следовательно,
.
Согласно принципу Даламбера, сила
, реакции
и силы инерции
, приложенные к каждому элементу стержня ОВ, взаимно уравновешиваются. Поэтому будем иметь три уравнения равновесия:
уравнение проекций на ось х:
уравнение проекций на ось у:
и уравнение моментов относительно точки О:
Вычислим суммы, входящие в эти уравнения:
Но по формуле (203) для координаты центра тяжести С имеем:
где
— момент инерции стержня ОВ относительно точки О.
Поэтому уравнения равновесия принимают вид
Решая эти уравнения, получаем