Загальне рівняння динаміки
Д.11 Розрахунок характеристик руху механічної системи за допомогою загального рівняння динаміки
Механічна система (рис. 11.1 – 11.5) складається з вантажу 1 масою 
 , двох шківів 2 і 3 з масами 
 і 
 , радіусами ступенів 
 і 
 , 
 і 
 , та радіусами інерції 
 , 
 відповідно і суцільного циліндри-чного катка 4 масою 
 . На шків 2 або 3, діє постійний момент М. Вантаж 1, або каток 4, лежать на гладенькій горизонтальній або похилій площині з кутом нахилу 
 чи 
 до горизонталі. Тертя при русі вантажу 1 і ковзання при кочені катка 4 відсутні.Система розташована в вертикальній площині. 
Визначити прискорення вантажу 1 і натяг троса, який до нього закріплений, якщо масою тросів і тертям в підшипниках шківів нехтуємо.
В остаточних розрахунках прийняти значення параметрів з таблиці 11.1 по варіантах.
Таблиця 11.1
| В-т | кг | см |   
  |  град. | |||||||
  
  |    
  |    
  |    
  |  r2 | R2 | r3 | R3 | М | a | b | |
Приклад виконання завдання
Для механічної системи, яка наведена на рис. 11.6, задано: 
 кг, 
 кг, 
 кг, 
 кг, 
 м, 
 м, 
 м, 
 . Радіус інерції ступінчатого барабана 2 рівний 
 м, коефіцієнт тертя ковзання тіла 3 по горизонтальній площині 
 . Циліндричне тіло 4 котиться по похилій площині без тертя і без ковзання.
Визначити прискорення тіла 1 – 
 , тіла 3 – 
 , натяги тросів N1 і N3, до яких ці тіла прикріплені.

Рисунок 11.1
 Рисунок 11.2
Рисунок 11.3 

Рисунок 11.4
 Рисунок 11.5

Рисунок 11.6
Розв’язання. Для розв’язування задачі використовуємо загальне рівняння динаміки:
 (11.1)
Покажемо для всіх тіл механізму активні сили, напрямки прискорень, інерційні сили і віртуальні переміщення, що зображені на рис. 11.7.

Рисунок 11.7
Активні сили: 
 .
Інерційні сили: 
Віртуальні переміщення:
для тіла 1 – 
 , для тіла 2 – 
 , для тіла 3 – 
 , для тіла 4 – 
 і 
 .
Складаємо загальне рівняння динаміки відповідно до формули (11.1).
 (11.2)
В рівняння (11.2) не ввійшли сили 
 і 
 тому, що вони роботи не виконують. Виразимо віртуальні переміщення 
 , 
 , 
 і 
 через 
 .
 ; 
 .
Звідки:
 , 
 , 
 , 
 (11.3)
Моменти інерції тіл 2 і 4 відповідно рівні:
 , 
 . (11.4)
Знайдемо активні сили:
 , 
 , 
 . (11.5)
Знайдемо інерційні сили:
 , 
 , 
 , 
 , 
 .
Виразимо кутові прискорення 
 і 
 , а також прискорення 
 і 
 через 
 .
 ; 
 ,
тому 
 , 
 , 
 .
Тоді інерційні сили матимуть вигляд:
 , 
 , 
 ,
 . (11.6)
Підставляємо активні сили (11.5), інерційні сили (11.6) і віртуальні переміщення (11.3) в рівняння (11.2)

Після спрощення і скорочення на 
 одержуємо рівняння

звідки
 .
Підставимо дані умови:
 м/с2.
 м/с2.
Для визначення натягів тросів, що прикріплені до тіл 1 і 3, застосовуємо принцип Даламбера.
Розглянемо сили, які діють на вантаж 1 і покажемо їх на рис. 11.8.
 Згідно з принципом Даламбера
 .
Проектуємо цю векторну рівність на вісь oy, отримаємо:
 .
Звідки
 .
Або:
 .
Рисунок 11.8
Розглянемо сили, які діють на тіло 3, що зображено на рис. 11.9., на основі
 принципу Даламбера
 .
Проектуємо це рівняння на вісь ox.
 .
Рисунок 11.9
Звідки:
 .
Відповідь: a1=8.43 м/с2, N3=26.4 н.
Рівняння Лагранжа 2-го роду