Главная > Теоретическая физика, Т. I. Механика
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
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

§ 34. Уравнения движения твердого тела

Поскольку твердое тело обладает в общем случае шестью степенями свободы, то общая система уравнений движения должна содержать шесть независимых уравнений. Их можно представить в виде, определяющем производные по времени от двух векторов: импульса и момента тела.

Первое из этих уравнений получается просто путем суммирования уравнений для каждой из составляющих тело частиц, где — импульс частицы, a f — действующая на нее сила. Вводя полный импульс тела

и полную действующую на него силу получим:

Хотя мы определили F как сумму всех сил f, действующих на каждую из частиц, в том числе со стороны других частиц тела, фактически в F входят лишь силы, действующие со стороны внешних источников. Все силы взаимодействия между частицами самого тела взаимно сокращаются; действительно, при отсутствии внешних сил импульс тела, как и всякой замкнутой системы, должен сохраняться, т. е. должно быть F = 0.

Если U — потенциальная энергия твердого тела во внешнем поле, то сила F может быть определена путем дифференцирования ее по координатам центра инерции тела:

Действительно, при поступательном перемещении тела на SR настолько же меняются и радиус-векторы t каждой точки тела, - а потому изменение потенциальной энергии

Отметим в этой связи, что уравнение (34,1) может быть получено и как уравнение Лагранжа по отношению к координатам центра инерции

с функцией Лагранжа (32,4), для которой

Перейдем к выводу второго уравнения движения, определяющего производную по времени от момента импульса М. Для упрощения вывода удобно выбрать «неподвижную» (инер-циальную) систему отсчета таким образом, чтобы в данный момент времени центр инерции тела покоился относительно нее.

Имеем:

В силу сделанного нами выбора системы отсчета (в которой значение в данный момент времени совпадает со скоростью . Поскольку же векторы v и имеют одинаковое направление, то Заменив также на силу f, получим окончательно:

где

Поскольку момент М определен относительно центра инерции (см. начало § 33), он не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это видно из формулы (9,5) с R = 0. Отсюда следует, что уравнение движения (34,3), полученное здесь при определенном выборе системы отсчета, тем самым, в силу галилеевского принципа относительности, справедливо в любой инерциальной системе.

Вектор называется моментом силы f, так что К есть сумма моментов всех сил, действующих на тело. Как и в полной силе F, в сумме (34,4) фактически должны учитываться лишь внешние силы; в соответствии с законом сохранения момента импульса сумма моментов всех сил, действующих внутри замкнутой системы, должна обращаться в нуль.

Момент силы, как и момент импульса, зависит, вообще говоря, от выбора начала координат, относительно которого он определен. В (34,3), (34,4) моменты определяются относительно центра инерции тела.

При переносе начала координат на расстояние а новые радиус-векторы точек тела связаны со старыми посредством а. Поэтому

или

Отсюда видно, в частности, что величина момента сил не зависит от выбора начала координат, если полная сила F = 0 (в таком случае говорят, что к телу приложена пара сил).

Уравнение (34,3) можно рассматривать как уравнение Лагранжа

по отношению к «вращательным координатам». Действительно, дифференцируя функцию Лагранжа (32,4) по компонентам вектора Q, получим:

Изменение же потенциальной энергии U при повороте тела на бесконечно малый угол равно:

откуда

так что

Предположим, что векторы F и К взаимно перпендикулярны. В этом случае всегда можно найти такой вектор а, чтобы в формуле (34,5) К обратилось в нуль, так что будет:

При этом выбор а неоднозначен: прибавление к нему любого вектора; параллельного F, не изменит равенства (34,7), так что условие даст не определенную точку в подвижной системе координат, а лишь определенную прямую линию. Таким образом, при действие всех приложенных к нему сил может быть сведено к одной силе F, действующей вдоль определенной прямой линии.

Таков, в частности, случай однородного силового поля, в котором действующая на материальную точку сила имеет вид где Е — постоянный вектор, характеризующий поле, а величина характеризует свойства частицы по отношению к данному полю. В этом случае имеем:

Предполагая, что введем радиус-вектор определенный согласно

Тогда мы получим следующее простое выражение для полного момента сил:

Таким образом, при движении твердого тела в однородном поле влияние поля сводится к действию одной силы F, «приложенной» в точке с радиус-вектором (34,8). Положение этой точки всецело определяется свойствами, самого тела; в поле тяжести, например, она совпадает с центром инерции тела.

1
Оглавление
email@scask.ru