Уравнение движения материальной точки
Вы будете перенаправлены на Автор24
Система отсчета. Системы координат
Под движением материальной точки в пространстве понимают изменение ее положения относительно некоторых тел с течением времени. В связи с этим можно говорить только о движении в некоторой системе отсчета.
Сами по себе точки пустого пространства неразличимы между собой, поэтому говорить о той или иной точке пространства можно, если в ней находится материальная точка. Ее положение и определяется относительно тела отсчета с помощью измерений, для чего с телом (телами) отсчета жестко связывается некоторая система координат; в ней и измеряются пространственные координаты. Например, на поверхности Земли это географическая широта и долгота точки.
В теоретических рассуждениях часто наиболее удобна декартова прямоугольная система координат, в которой положение точки определяется радиус-вектором $\overline
- сферической, где положение точки и ее радиус-вектор определены координатами $r,\vartheta ,\varphi $;
- цилиндрической: с координатами $p,z,\alpha $;
- на плоскости — полярной: $r,\varphi $.
В теоретических рассуждениях часто не принимают во внимание реальную систему отсчета, сохраняя только систему координат, которая и служит математической моделью системы отсчета, применяемой при измерениях на практике.
Кинематическое уравнение движения материальной точки
Итак, в любой системе отсчета и системе координат имеется возможность определить координаты материальной точки в любой момент времени.
Если положение материальной точки в каждый момент времени определено в данной системе отсчета, то движение ее задано или описано.
Это задание достигается в виде кинематического уравнения движения:
Аналитически положение точки всегда определяется совокупностью трех независимых между собой чисел. Этот факт выражают словами: свободная точка имеет три степени свободы движения.
Готовые работы на аналогичную тему
Движение точки согласно уравнению (1) полностью определено, если указано ее положение в любой момент времени $t$. Для этого достаточно задать декартовы координаты точки как однозначные и непрерывные функции времени:
Прямоугольные декартовы координаты $x,y,z$ являются проекциями радиус-вектора $\overline
Длина и направление вектора $\overline
Здесь, $\alpha ,\beta ,\gamma $ — углы, образованные радиус-вектором с координатными осями.
Равенства (2) являются кинематическими уравнениями движения материальной точки в декартовых координатах. Но уравнения могут быть записаны в любой другой системе координат, связанной с декартовой взаимно однозначным преобразованием. При движении точки в плоскости Оху часто бывает удобно пользоваться полярными коордиинатами $r,\varphi $, связанными с декартовыми преобразованием:
В этом случае кинематические уравнения движения точки имеют следующий общий вид:
$r=r(t),\varphi =\varphi (t)$. (3)
В криволинейных координатах $q_ <1>,q_ <2>,q_ <3>$ связанных с декартовыми преобразованием:
кинематические уравнения движения точки запишутся так:
(Это могут быть сферические, цилиндрические и другие координаты).
Годограф радиус-вектора точки, т.е. кривая, описываемая концом вектора $\overline
Движение точки может быть определено по-другому: заданием траектории и мгновенным положением точки на ней. Положение точки на кривой определяется указанием только одной величины — расстояния, измеряемого вдоль кривой от некоторой начальной точки. При этом должно быть указано положительное направление кривой. Тогда мгновенное положение точки на заданной кривой определяется функцией:
Это уравнение является уравнением движения точки по траектории. Такой способ задания движения называется естественным или траекторным.
Координатный и естественный способы задания движения точки физически (в смысле фиксации ее положения в пространстве)
эквивалентны. Что же касается математической стороны дела, то в одних задачах оказывается проще применение координатного, а в другом — естественного метода.
Закон движения точки по траектории может быть задан аналитически, графически или в виде таблицы. Оба последних способа широко применяются на транспорте (например, графики и расписания движения поездов).
Уравнение движения материальной точки имеет вид $x=0,4t^ <2>$. Написать формулу зависимости $v_
Решение: Зависимость скорости от времени имеет вид:
Запишем уравнение зависимости координаты от времени и сравним его с данным:
Из сравнения видно, что $x_ <0>=0$, $v_ <0x>=0$, $a_
Подставим полученные данные в уравнение скорости и получим:
Определим точки и построим график:
Путь, пройденный телом, численно равный площади фигуры, ограниченной графиком и может быть найден по следующей формуле:
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 01 07 2021