Динамика вращательного движения. Всякое движениетвердого тела можно разложить на два основных вида движения – поступательноеи вращательное.
Всякое движениетвердого тела можно разложить на два основных вида движения – поступательноеи вращательное.
При поступательном движении все точки тела в любой момент времени имеют одинаковые скорости и ускорения, вследствие чего перемещения всех точек тела равны друг другу.
При вращательном движении все точки твердого тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения. Перемещения точек тела оказываются разными. Если твердое тело перемещается в пространстве и при этом вращается, то это сложное движениеможно представить как сумму поступательного и вращательного движений, происходящих одновременно.
Момент силы
Характеристикой внешнего механического воздействия, приводящего к изменению параметров вращения тела, является момент силы.
Моментом силы относительно неподвижной точки О называется векторная величина
, равная векторному произведению радиус-вектора
, проведенного из точки О в точку приложения силы, на вектор этой силы
(см. рис. 16):
(2.4.1)
Момент силы– псевдовектор, его направление определяется правилом правого буравчика. При повороте винта с правой нарезкой по часовой стрелке от радиуса-вектора к вектору силы
поступательное движениебуравчика покажет направление момента силы. Модуль момента силы равен
, (2.4.2)
где a – угол между векторами и
, а
– плечо силыотносительно точки О.
Если действует несколько сил (система сил), то моментом этой системы (главным или результирующим Моментом) является геометрическая сумма моментов относительно этой точки всех п сил системы:
(2.4.3)
где – радиус-вектор, проведенный из точки О в точку приложения силы
.
Моментом силы относительно неподвижной оси Оzназывается скалярная величина Mz, равная проекции на эту ось вектора момента силы
, определенного относительно произвольной точки О данной оси z (см. рис. 17).
. (2.4.4)
Вектор силы может быть представлен как сумма трех взаимно перпендикулярных векторов: – параллельный оси вращения,
– перпендикулярный ей и
– направленный перпендикулярно к оси и к радиус-вектору
(касательный). Моменты параллельной (осевой) и перпендикулярной (радиальной) составляющих силы равны нулю, поэтому
Mz = RFt , (2.4.5)
где Ft – проекция вектора на орт t, касательный к окружности радиуса R и направленный так, что движениепо окружности в направлении t образует с направлением оси правовинтовую систему.
Главный (результирующий) момент, действующей на точку системы сил, равен алгебраической сумме моментов, относительно этой оси всех сил системы.
,
.
Момент импульса
Моментом импульса материальной точки относительно неподвижной точки О называется вектор , равный векторному произведению радиус-вектора
, проведенного из точки О в место, нахождения материальной точки, на вектор ее импульса
(рис. 18).
. (2.4.6)
Момент импульса– псевдовектор, его направление определяют правилом правого буравчика. При повороте винта с правой нарезкой по часовой стрелке от радиуса-вектора к вектору импульса
поступательное движениебуравчика покажет направление момента импульса. Модуль вектора момента импульса материальной точки равен
, (2.4.7)
где a– угол между векторами и
,
– плечо.
Моментом импульса тела (системы материальных точек) относительно неподвижной точки О называется вектор ,равный геометрической сумме моментов импульса всех материальных точек
относительно той же точки О.
. (2.4.8)
Моментом импульса тела относительно неподвижной оси z называется скалярная величина, равная проекции на эту ось вектора момента импульса тела относительно точки О, принадлежащей этой оси:
. (2.4.9)
,
.