Mehanika tverdogo tela. Lekcii.
V.A.Aleshkevich, L.G.Dedenko, V.A.Karavaev (Fizicheskii fakul'tet MGU)Izdatel'stvo Fizicheskogo fakul'teta MGU, 1997 g. Soderzhanie
Proeciruya vektory L i na osi sistemy xyz, zhestko svyazannoi s tverdym telom, poluchim:
(3.49) |
(3.50) |
(3.51) |
Poskol'ku osi Ox, Oy i Oz - glavnye osi inercii dlya tochki zakrepleniya, to i iz (3.49-3.51) budem imet' sleduyushie uravneniya:
(3.52) |
(3.53) |
(3.54) |
gde - glavnye momenty inercii tela. Obychno eti uravneniya nazyvayut uravneniyami Eilera pri otsutstvii momentov vneshnih sil.
V chastnom sluchae (ris. 3.14) i iz (3.52-3.54) poluchaem:
(3.55) |
(3.56) |
(3.57) |
gde vvedeno oboznachenie
(3.58) |
Iz (3.57) sleduet, chto to est' proekciya vektora na os' simmetrii tela ostaetsya postoyannoi. Yasno, chto - takzhe postoyannaya velichina. Ee fizicheskii smysl stanovitsya ponyatnym, esli zapisat' reshenie uravnenii (3.55, 3.56):
(3.59) |
gde - proekciya vektora na ploskost' xy.
Takim obrazom, vektor sostavlyaet s os'yu simmetrii tela ugol i vrashaetsya vokrug etoi osi, kak sleduet iz (3.59), s postoyannoi uglovoi skorost'yu Nachal'naya faza etogo vrasheniya opredelyaetsya nachal'nymi usloviyami.
Posmotrim, kak budet vyglyadet' dvizhenie tverdogo tela v laboratornoi sisteme x0y0z0. Poskol'ku nam izvestny znacheniya i to zakon dvizheniya tela (zavisimost' uglov Eilera ot vremeni) v principe mozhet byt' poluchen iz kinematicheskih uravnenii Eilera (1.30-1.32). Odnako eto svyazano s resheniem v obshem sluchae dovol'no slozhnyh differencial'nyh uravnenii, poetomu my ogranichimsya kachestvennym rassmotreniem dvizheniya tela. V silu togo, chto
(3.60) |
(i, j, k - orty glavnyh osei inercii tela), a mozhno zapisat'
(3.61) |
Zdes' dobavlen i vychten chlen chto pozvolyaet predstavit' (3.61) v vide
(3.62) |
Otsyuda vidno, chto k (os' figury), L i lezhat v odnoi ploskosti. Iz (3.62) sleduet, chto
(3.63) |
gde
(3.64) |
est' sostavlyayushaya uglovoi skorosti po napravleniyu L. Ploskost', v kotoroi lezhat os' figury, i L, povorachivaetsya (precessiruet) vokrug napravleniya L s uglovoi skorost'yu nazyvaemoi skorost'yu precessii (ris. 3.16). Samo dvizhenie nazyvaetsya regulyarnoi precessiei svobodnogo simmetrichnogo volchka.
Ris. 3.16. |
Otmetim, chto v sluchae veretenoobraznogo tela, izobrazhennogo na ris. 3.16, poetomu (sm. (3.58)), i vektor - napravlen v tu zhe storonu, chto i k.
Zamechanie 1. Zakreplenie aksial'no simmetrichnogo tverdogo tela v centre mass mozhet byt' vypolneno ne tol'ko s pomosh'yu kardanova podvesa, no, naprimer, tak, kak pokazano na ris. 3.17. Massivnoe telo, sechenie kotorogo ploskost'yu risunka zashtrihovano, sharnirno zakrepleno v tochke O, sovpadayushei s centrom mass tela.
Ris. 3.17. |
Zamechanie 2. Ispol'zuya postroenie Puanso (sm. lekciyu 2), regulyarnoi precessii svobodnogo simmetrichnogo volchka mozhno dat' naglyadnuyu geometricheskuyu interpretaciyu (ris. 3.18).
Ris. 3.18. |
Moment impul'sa L, tela otnositel'no nepodvizhnogo centra mass O predstavlyaet soboi vektor, postoyannyi po velichine i napravleniyu. Ellipsoid inercii tela s centrom v tochke O, sechenie kotorogo izobrazheno na ris. 3.18, yavlyaetsya ellipsoidom vrasheniya. Kasatel'naya k ellipsoidu ploskost' BB' provedena cherez polyus R peresecheniya mgnovennoi uglovoi skorosti s ellipsoidom; eta ploskost' perpendikulyarna k vektoru L i v laboratornoi sisteme otscheta sohranyaet svoe polozhenie neizmennym. Pri regulyarnoi precessii volchka ellipsoid inercii tela katitsya po ploskosti BB' bez skol'zheniya, tak chto geometricheskim mestom polyusov R yavlyaetsya okruzhnost' radiusa prinadlezhashaya ploskosti BB'.
Zamechanie 3. Vo izbezhanie putanicy otmetim sleduyushee. Opisannoe vyshe dvizhenie svyazano s izmeneniem ugla precessii (sm. ris. 1.3), poetomu ono i bylo nazvano regulyarnoi precessiei (kinematicheskoe opredelenie). Odnako sushestvuyut opredeleniya precescii kak dvizheniya osi simmetrii tela pod deistviem momenta vneshnih sil (dinamicheskoe opredelenie, sm. lekciyu 4). Opisannoe zhe vyshe dvizhenie s tochki zreniya dinamicheskogo opredeleniya nazyvayut nutaciei.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
mehanika - tverdoe telo - ugly Eilera
Publikacii so slovami: mehanika - tverdoe telo - ugly Eilera | |
Sm. takzhe:
|