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 телаПоскольку 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
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
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 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
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
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 Таков, в частности, случай однородного силового поля, в котором действующая на материальную точку сила имеет вид
Предполагая, что
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
|