Файл: Гернет М.М. Курс теоретической механики учеб. для вузов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 278

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

Направлен

вектор

вращательного ускорения перпендикулярно вектору

угло­

вого ускорения и плечу ВО и в

такую сторону, чтобы вектор в указывал

против

хода

часовой

стрелки,

если

смотреть с конца

вектора aBv.

Следовательно, век­

тор

а в р

лежит

в плоскости ДОС

 

и перпендикулярен

ВО.

 

модуля

 

Осестремительное ускорение

по

модулю равно произведению квадрата

угловой

скорости

на

длину перпендикуляра ft, опущенного из точки В на

мгновенную

ось, и направлено

к

оси:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а о с =

3,32 -24 = 261

см/сек2.

 

 

 

Угол между векторами вращательного и осестремительного ускорений равен 2а.

 

Полное

ускорение

точки

В

определим, применив

теорему

косинусов

 

 

 

 

 

 

а =

У1322

+

2612

— 2-132-261 -(0,8* 0 , 6 2 ) .

 

 

 

Ответ:

= 79

см/сек; ад =

257

см/сек2.

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г Л А В А

XI

 

 

 

 

СОСТАВНОЕ (СЛОЖНОЕ) ДВИЖЕНИЕ

 

 

§

29.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ И ПЕРЕНОСНОЕ

ДВИЖЕНИЯ

 

 

 

 

 

Абсолютное

движение. Механическое

дви-

Абсолютным

движением

на-

жение

выражается

в изменении

с

тече-

зывают движение точки

или

н и е м

в

р е м е н и

взаимных

положений

тел

системы точек по отношению

,

 

г

\ т-

 

 

 

 

к основной

системе

отсчета

( и л и

частей тела). Такое

изменение можно

 

 

 

 

отметить только относительно других тел.

Так, река

течет

вдоль

берегов,

биллиардный

шар

катится

по

бил-

лиардному столу, пароход пересекает экватор. Реальные или услов­ ные тела (берега, биллиардный стол, экватор), по отношению к ко­ торым мы определяем положения других движущихся тел (воды, шара, парохода) и которые мы принимаем за системы отсчета, тоже не неподвижны. Так, системы отсчета, только что приведенные нами в виде примера, находятся на поверхности нашей планеты и вместе с ней вращаются вокруг земной оси, движутся вокруг Солнца и со­ вершают множество других движений. Но и предметы, не связанные непосредственно с Землей, тоже не неподвижны—Солнце движется относительно звезд, которые движутся относительно друг друга.

Однако для целей механики далеко не всегда нужно иметь не­ подвижную систему отсчета. Так, например, если мы передвигаем какой-либо груз с носа корабля на корму, то нас может интересо­ вать движение груза по палубе независимо от движения корабля. В подобных случаях в кинематике можно условно принять за

неподвижную любую

систему

отсчета

и назвать

ее основной систе­

мой отсчета. Движение

же

точки (или системы точек) по отношению

к основной

системе

отсчета

называют

абсолютным

движением.

«

движением

Относительное движение. Встречаются слу-

Относительным

 

 

 

приходится

изучать движение

называют движение

точки

ч а и -

К 0 Г Д а

или системы точек

по отно-

(точки или тела) по отношению к системе

шению к подвижной си-

отсчета, которая сама передвигается отно-

стеме отсчета

 

 

сительно другой системы, принятой за

основную. При

рассмотрении

движения точки или тела по отноше­

нию к двум

системам

отсчета

ту из этих систем,

которая движется

относительно основной системы отсчета, называют подвижной си­ стемой отсчета.

Так, например, перемещение корабля в море, измеренное при помощи лага1 , не учитывает снос корабля морским течением. Лагом измеряют движение корабля относительно воды. Можно представить

себе

подвижную систему

координат, плывущую

вместе с водой

по

течению, т. е. передвигающуюся относительно другой

системы

от-

1

Лаг — механический или

гидравлический инструмент

для

измерения

ско­

рости

корабля относительно воды.

 

 

 


счета, принятой за основную. Движения корабля можно рассматри­

вать по отношению к двум системам отсчета: по отношению

к под­

вижной системе

(связанной

с

водой) и к основной (связанной

с

материками,

принимаемыми

за

неподвижные). Движение

корабля

по

отношению

к

подвижной

системе координат, измеряемое

лагом,

будем называть относительным движением корабля. Вообще отно­

сительным

движением

будем

называть

движение

(точки, тела

или

системы

точек) по

отношению

к подвижной

системе отсчета. Отно­

сительное

движение

 

изучают

обычно

в тех случаях, когда прихо­

дится учитывать не только движение данного объекта

по отношению

к подвижной системе отсчета,

но и движение

самой системы

отсчета.

п

 

 

 

на-

Переносное

движение. Так,

в данном

при-

Переносным движением

 

г

 

 

 

 

Движение

 

^

г

зывают движение подвижной

м е Р е >

ч т о б ы

з н

а т

ь

корабля

от-

системы отсчета по отноше-

носительно

берегов, надо

кроме движения

нию к основной системе

от-

корабля относительно воды

знать

также

 

 

с ч е т а

 

 

 

и

движение

самой воды, т. е. движение

подвижной системы

отсчета

относительно

основной. Движение

под­

вижной

системы

отсчета

по

отношению

к

основной системе

отсчета

называют

переносным

движением.

 

 

 

 

 

 

 

 

Во многих задачах кинематики переносным бывает движение

среды, в

 

которой

находится

тот объект,

движение

которого

нужно

изучить.

 

В только

что рассмотренном

примере течение воды дейст­

вительно переносит корабль. Еще один пример: человек идет по поезду. Движение поезда является переносным движением для чело­ века, а движение человека относительно вагонов является относи­ тельным. Поезд переносит (в буквальном смысле слова) человека. Но иногда переносное движение не является движением среды,

которая

увлекает

с собой

данный объект. Например,

рассматривая

движение

Земли

вокруг

ее оси и вокруг Солнца, мы можем первое

из этих

движений

считать

относительным,

а

второе — переносным,

хотя нет такой среды, которая вращалась бы вокруг

Солнца,

увле­

кая

с собой и Землю.

Составное движение. В первых двух

при-

 

 

 

 

 

Составным движением

назы-

мерах

движение

объекта

(корабля,

чело-

вают

абсолютное

движение

в

е к £

л

с о с т о и

т и з д

в у

х

движений,

которые

ТОЧКИ ИЛИ СИСТеМЫ ТОЧеК, СО-

 

 

'

 

 

м

J

«

vv.

, j ^ i u p u i v

ставляемое

из их относитель-

м

ы

назвали

относительным

и

переносным,

ного и переносного движений

В

третьем

примере

 

Земля

совершает

дви­

 

 

 

 

 

жение, которое мы искусственно разложили

на

относительное

и переносное. Часто, чтобы упростить

изучение

какого-либо сложного движения, это движение искусственно раскла­ дывают на более простые, называя одно из них относительным, другое—переносным. Независимо от того, состоит ли движение в действительности из относительного и переносного или же мы искусственно, для упрощения расчетов, считаем его состоящим из двух движений, мы будем называть сложным или составным движе­ нием абсолютное движение точки или системы точек, состоящее (или составляемое) из относительного движения по отношению к подвиж­ ной системе отсчета и переносного движения вместе с подвижной системой отсчета.


Если в составном движении мы мысленно прекратим одно из составляющих движений, то получим второе составляющее движе­ ние. При решении некоторых задач бывает удобно пользоваться таким приемом:

1)чтобы определить относительное движение, мысленно остано­ вим переносное;

2)чтобы определить переносное движение, мысленно остановим относительное.

Возвращаясь к первому из только что разобранных примеров, мысленно остановим морское течение; корабль будет двигаться от­ носительно воды, но не будет относиться течением; останется только

одно движение — относительное. Остановим теперь собственный ходко-

Рис. 114

рабля, но предоставим воде продолжать свое течение, и корабль поплы­ вет по течению; останется только одно движение корабля —-переносное.

Также легко выделить относительное и переносное движения во втором примере. Остановим мысленно поезд, но предоставим чело­

веку идти по вагону, и

получим

относительное

движение

человека;

остановим мысленно человека в его движении по поезду,

но

не

будем

останавливать

поезд, и найдем переносное движение

человека.

 

 

 

 

 

Несколько сложнее третий пример (дви-

Движение точки, тела

или

жение Земли). Здесь нет движения

среды,

системы точек часто рассмат-

переносящей

Землю,

подобно

морскому

ривают как составное, мы-

течению, переносящему корабль. Мы лишь

сленно

раскладывая

его

на

 

г

 

г

 

о

 

 

два или

несколько движений

мысленно приняли движение Земли за

более

простых

 

 

составное, искусственно разложили его на

 

 

 

 

 

переносное и

относительное,

чтобы

упро­

стить его,

чтобы

более

наглядно

себе

его представить

и

легче

по­

нять. Мы можем вообразить подвижную систему координат, связан­ ную с Землей и движущуюся относительно основной системы, связан­ ной с Солнцем и звездами-, и считать, что движение Земли состоит из переносного и относительного. Поскольку движение земного шара (движение по отношению к основной системе) мы искусственно рас­ сматриваем как составное, постольку от нас самих зависит, как разложить это движение на переносное и относительное. Мы можем


считать, что

подвижная система

отсчета

движется

поступательно

или вращательно. В зависимости

от этого,

конечно,

изменится

и относительное движение. Земля совершает 366 —

оборота

в

год

относительно

поступательно движущихся

осей

(рис. 114,

а)

и

на

один оборот меньше относительно осей, вращающихся вокруг Солнца (рис. 114, б) и совершающих один оборот в год.

Такой искусственный метод разложения движения на относитель­ ное и переносное широко применяют в различных областях меха­ ники. Л. Пуансо в предисловии ко второму изданию своей книги «Элементы статики* (1824) писал даже о невозможности представить наглядно движение тел иначе, как в виде одновременного переме­ щения и вращения.

Очень часто движение раскладывают не на два, а на большее число составляющих движений. Напомним, что мы уже так посту­ пали, изучая движение точки как составное из трех прямолинейных движений, параллельных осям координат (см. § 22).

§30. ТЕОРЕМЫ ПАРАЛЛЕЛОГРАММА СКОРОСТЕЙ

ИПАРАЛЛЕЛОГРАММА УСКОРЕНИЙ

 

 

 

 

Относительные скорость и ускорение. Пусть

Относительными

скоростью

некоторая точка М (рис. 115) движется

и

ускорением

точки назы­

относительно

системы

координат

x'Ey'z'.

вают ее скорость

и ускорение

Если бы эту систему координат

мы счи­

по

отношению

 

к подвижной

 

системе

отсчета

тали неподвижной, то движение, скорость

 

 

 

 

и ускорение

точки по

отношению

к этим

координатам мы называли бы абсолютными. Но пусть система коор­

динатных

осей

x'Ey'z' по условиям задачи движется относительно

основной

системы

отсчета хОуг.

В таком

случае скорость

и ускорение точки М отно­

сительно

системы

координат x'Ey'z'

назы­

вают относительными. Итак:

 

относительной скоростью точки назы­ вают скорость точки по отношению к под­ вижной системе отсчета1 ;

относительным ускорением точки назы­ вают ускорение точки по отношению к подвижной системе отсчета.

Мы

будем

обозначать относительную

 

скорость буквой v с индексом г (от латин­

Рис. 115

ского

слова

relativus — относительный).

Относительное

ускорение будем обозначать

 

буквой

а с тем же индексом

г.

 

 

Для

обозначения

проекций

относительных скорости

и ускоре­

ния будем ставить

рядом с

индексом г второй индекс.

Так, vrx

Понятие «относительная скорость» в науку ввел Мариотт.

189