Основные понятия вращательного движения твердого тела.
Кроме понятия материальной точки, в механике используется модельное понятие абсолютно твердого тела – тела, деформациями которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Такое тело можно рассматривать как систему жестко закрепленных материальных точек.
Любое сложное движение твердого тела всегда можно разложить на два основных вида движения – поступательное и вращательное. Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, проведенная через любые две точки тела, остается параллельной самой себе во все время движения (рис.1). При таком движении все точки твердого тела движутся совершенно одинаково, то есть имеют одну и ту же скорость, ускорение, траектории движения, совершают одинаковые перемещения и проходят одинаковый путь. Следовательно, поступательное движение твердого тела можно рассматривать как движение материальной точки, масса которой равна массе тела m и применять к нему второй закон Ньютона динамики материальной точки, т.е.
, (1)
где - результирующая всех внешних сил, действующих на тело,- импульс (количество движения) тела.
Вращательным движением твердого тела называется движение, при котором все точки тела описывают окружности, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения тела. При вращательном движении все точки тела движутся с одной и той же угловой скоростью и угловым ускорением и совершают одинаковые угловые перемещения. Однако, как показывает опыт, при вращательном движении твердого тела вокруг закрепленной оси, масса уже не является мерой его инертности, а сила – недостаточна для характеристики внешнего воздействия. Кроме того, опыты показывают, что ускорение при вращательном движении зависит не только от массы тела, но и от ее распределения относительно оси вращения; зависит не только от силы, но и от точки ее приложения и направления действия. Поэтому, для описания вращательного движения твердого тела введены новые динамические характеристики такие, как момент силы, момент импульса и момент инерции тела. При этом следует иметь в виду, что существует два разных понятия этих величин: относительно оси и относительно любой точки О (полюса, начала), взятой на этой оси.
Моментом силы относительно неподвижной точки Оназывается векторная величина, равная векторному произведению радиус-векторапроведённого из точки О в точку приложения результирующей силы, на вектор этой силы:
Если пренебречь сопротивлением воздуха, то горизонтальная составляющая скорости снаряда Vx=1000*cos(30°)=500*√3 м/с остаётся постоянной, а вертикальная составляющая Vy изменяется по закону Vy(t)=1000*sin(30°)-g*t. Полагая g≈10 м/с², находим Vy=500-10*t м/с. В момент времени t=50 с Vy=500-10*50=0 м/с, и тогда скорость снаряда в этот момент V=√(Vx²+Vy²)=Vx=500*√3 м/с. Пусть m=10 кг - масса тела, тогда кинетическая энергия тела в этот момент Eк=m*V²/2=375 000*m=3750000 Дж. Высота снаряда определяется по закону h(t)=500*t-g*t²/2≈500*t-5*t² м, поэтому в момент t=50 с высота снаряда h=500*50-5*2500=12 500 м. Потенциальная энергия снаряда в этот момент Eп=m*g*h≈m*10*12 500=125000*m=1250000 Дж. Тогда Eк/Eп=3750000/1250000=3. ответ: Eк=3750000 Дж, Eп=1250000 Дж, Eк/Eп=3.
Основные понятия вращательного движения твердого тела.
Кроме понятия материальной точки, в механике используется модельное понятие абсолютно твердого тела – тела, деформациями которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Такое тело можно рассматривать как систему жестко закрепленных материальных точек.
Любое сложное движение твердого тела всегда можно разложить на два основных вида движения – поступательное и вращательное. Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, проведенная через любые две точки тела, остается параллельной самой себе во все время движения (рис.1). При таком движении все точки твердого тела движутся совершенно одинаково, то есть имеют одну и ту же скорость, ускорение, траектории движения, совершают одинаковые перемещения и проходят одинаковый путь. Следовательно, поступательное движение твердого тела можно рассматривать как движение материальной точки, масса которой равна массе тела m и применять к нему второй закон Ньютона динамики материальной точки, т.е.
, (1)
где - результирующая всех внешних сил, действующих на тело,- импульс (количество движения) тела.
Вращательным движением твердого тела называется движение, при котором все точки тела описывают окружности, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения тела. При вращательном движении все точки тела движутся с одной и той же угловой скоростью и угловым ускорением и совершают одинаковые угловые перемещения. Однако, как показывает опыт, при вращательном движении твердого тела вокруг закрепленной оси, масса уже не является мерой его инертности, а сила – недостаточна для характеристики внешнего воздействия. Кроме того, опыты показывают, что ускорение при вращательном движении зависит не только от массы тела, но и от ее распределения относительно оси вращения; зависит не только от силы, но и от точки ее приложения и направления действия. Поэтому, для описания вращательного движения твердого тела введены новые динамические характеристики такие, как момент силы, момент импульса и момент инерции тела. При этом следует иметь в виду, что существует два разных понятия этих величин: относительно оси и относительно любой точки О (полюса, начала), взятой на этой оси.
Моментом силы относительно неподвижной точки Оназывается векторная величина, равная векторному произведению радиус-векторапроведённого из точки О в точку приложения результирующей силы, на вектор этой силы:
Если пренебречь сопротивлением воздуха, то горизонтальная составляющая скорости снаряда Vx=1000*cos(30°)=500*√3 м/с остаётся постоянной, а вертикальная составляющая Vy изменяется по закону Vy(t)=1000*sin(30°)-g*t. Полагая g≈10 м/с², находим Vy=500-10*t м/с. В момент времени t=50 с Vy=500-10*50=0 м/с, и тогда скорость снаряда в этот момент V=√(Vx²+Vy²)=Vx=500*√3 м/с. Пусть m=10 кг - масса тела, тогда кинетическая энергия тела в этот момент Eк=m*V²/2=375 000*m=3750000 Дж. Высота снаряда определяется по закону h(t)=500*t-g*t²/2≈500*t-5*t² м, поэтому в момент t=50 с высота снаряда h=500*50-5*2500=12 500 м. Потенциальная энергия снаряда в этот момент Eп=m*g*h≈m*10*12 500=125000*m=1250000 Дж. Тогда Eк/Eп=3750000/1250000=3. ответ: Eк=3750000 Дж, Eп=1250000 Дж, Eк/Eп=3.