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:
|