Точка В движется и плоскости ху (рис. К 1.0 – К 1.9, табл. К1; траектории точки на рисунках показана условно). Закон движения точки задан уравнениями x = f1(t), у…
Точка В движется и плоскости ху (рис. К 1.0 – К 1.9, табл. К1; траектории точки на рисунках показана условно). Закон движения точки задан уравнениями x = f1(t), у = f2(t), где x и у выражены в сантиметрах, t – в секундах. Найти уравнение траектории точки; для момента времени t1 = 1 с определить скорость и ускорение точки; а также ее касательное и нормальное ускорения и радиус кривизны в соответствующей точке траектории. Зависимость x = f1(t) указана непосредственно на рисунках, а зависимость у = f2(t)дана в табл. К1 (для рис. 0 – 2 в столбце 2, для рис. 3 – 6 в столбце 3, для рис. 7 – 9 в столбце 4). Как и в задачах С1 – С2, номер рисунка выбирается по предпоследней цифре шифра; а номер условия в табл. К1 – по последней.
Точка Вдвижется в плоскости xy (Табл. 1, 2). Закон движения точки задан уравнениями: x=f
Главная > Документ
Информация о документе | |
Дата добавления: | |
Размер: | |
Доступные форматы для скачивания: |
Точка В движется в плоскости xy (Табл. К1.1, К1.2). Закон движения точки задан уравнениями: x=f 1 ( t ), y=f 2 ( t ), где x и y выражены в сантиметрах, t — в секундах.
Найти уравнение траектории точки; для момента времени t 1 =1c определить скорость и ускорение точки, а также ее касательное и нормальное ускорения и радиус кривизны в соответствующей точке траектории.
Зависимость x=f 1 ( t ) указана в табл. К1.1, а зависимость y=f 2 (t) дана в табл. К1.2 (для вар.0 — 2 в столбце 2, для вар.3 — 6 в столбце 3, для вар.7 — 9 в столбце 4). Номер варианта в табл. К1.1 выбирается по предпоследней цифре шифра, а номер условия в табл. К1.2 — по последней.
Указания . Задача К1 относится к кинематике точки и решается с помощью формул, по которым определяются скорость и ускорение
КИНЕМАТИКА
Точка В движется в плоскости ху(рис. К1.0 – К1.9, табл.К1; траектория точки на рисунках показана условно). Закон движения точки задан уравнениями: х = f2 (t),y = f2 (t), где хи увыражены в сантиметрах, t– в секундах.
Найти уравнение траектории точки; для момента времени t1 =1сопределить скорость и ускорение точки, а также ее касательное и нормальное ускорения и радиус кривизны в соответствующей точке траектории.
Зависимость x = f1 (t) указана непосредственно на рисунках, а зависимость y = f2 (t) дана в табл.К1 (для рис. 0-2 в столбце 2, для рис. 3-6 в столбце 3, для рис. 7-9 в столбце 4).
Указания. Задача К1 относится к кинематике точки и решается с помощью формул, по которым определяются скорость и ускорение точки в декартовыхкоординатах (координатный способ задания движения точки), а также формул, по которым определяются касательное и нормальное ускорение точки.
В данной задаче все искомые величины нужно определить только для момента времени t1 = 1c. В некоторых вариантах задачи при определении траектории или при последующих расчетах (для их упрощения) следует учесть известные из тригонометрии формулы:
cos2a = 1 – 2sin 2 a =2cos 2 α –1,
sin2a = 2sina× cos a
Рис. К1.0-9
Пример К1.Даны уравнения движения точки в плоскости ху:
;
(х,у – в сантиметрах, t – в секундах).
Определить уравнение траектории точки; для момента времени t1 = 1с найти скорость и ускорение точки, а также ее касательное и нормальное ускорение и радиус кривизны в соответствующей точке траектории.
Решение. 1. Для определения уравнения траектории точки исключим из данных уравнений движения время t.
Таблица К1
№ условия | У = f2 (t) | |
Рис. 0 – 2 | Рис. 3 — 6 | Рис. 7 — 9 |
2t 3 | ||
Поскольку t входит в аргументы тригонометрических функций, где один аргумент вдвое больше другого, используем формулу
Из уравнений движения находим выражения соответствующих функций и подставляем в равенство (1). Получим
следовательно,
Откуда окончательно находим следующее уравнение траектории точки (парабола, рис.К1):
2. Скорость точки найдем по ее
проекциям на координатные оси:
|
(3) Рис. К1.10
3. Аналогично найдем ускорение точки:
(4)
4. Касательное ускорение найдем, дифференцируя по времени равенство
Получаем
(5)
Числовые значения всех величин, входящих в правую часть выражения (5), определены и даются равенствами (3) и (4). Подставив сюда эти числа, найдем сразу, что при t1 =1c, a1t =0,66см/c 2 .
5. Нормальное ускорение точки Подставляя сюда найденные числовые значения a1 и a1t , получим, что при t1 = 1с , a1n = 0,58 см/c 2 .
6. Радиус кривизны траектории r =u 2 /an . Подставляя сюда числовые значения u1 и a1n , найдем, что при t1 = 1c r1 = 3,05см.
Плоский механизм состоит из: колёс 1, 2 и 3, планки 4 и груза 5. Диски и груз соединены между собой нерастяжимыми нитями. Диски, касающиеся планки, при движении механизма не проскальзывают.
Схемы механизмов показаны на рис. К2.0-9, необходимые для расчёта данные помещены в таблице К2.
Дано | Найти | |||||||
№ условия | уравнение движения груза | скорости | ускорения | |||||
см | см | см | см | см | с | |||
, | , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , , | |||||||
, | , , | |||||||
, | , , |
По заданному направлению поступательного движения груза 5 определить в заданной момент времени угловые скорости и ускорения тел и линейные скорости и ускорения точек, указанных в таблице К2.
Указания. Студенту при решении задач следует учесть следующее. 1. Что скорости точек контакта тел, находящихся в зацеплении, равны между собой. 2. Два вращающихся тела связаны нерастяжимой ременной передачей, и скорости точек ремня равны скоростям соприкасающихся с ним точек тел. 3. Тело 1 представляет собой ступенчатое колесо с радиусами : — большой ступени, — малой ступени
Рис. К2.0-9
Пример К2.Груз 5 подвешен на нерастяжимой нити, намотанной на большую ступень колеса 1. Движение груза задано уравнением: . Колеса 1 и 3 связаны нерастяжимой ременной передачей, как показано на рис. К2.10. Между колесом 2 и малой ступенью колеса 1 зажатая рейка 4, которая движется в горизонтальных направляющих. Радиусы колёс: см, см, см..
Рис. К2.10 | Определить скорости точек и Е , , ускорения точки Е и рейки 4 , , а также угловую скорость колеса 1 и угловое ускорение колеса 2 в момент времени = 2 с. Решение Обозначим точки контакта взаимодействующих тел через K, L, M, D, E. Груз 5 опускаясь приводит во вращательное движение колесо 1. Скорость точки K контакта колеса и нити равна скорости груза, т. е. . Вектор скорости направлен в сторону увеличения координаты , вектор — по касательной к окружности радиуса . Искомая угловая скорость колеса 1 — . |
Чтобы определить скорость точки колеса 3 , отметим, что , а . Векторы и направлены по касательным к окружностям радиусов и соответственно.
Зубчатая рейка 4 связана с колесом 2 и 1, как показано на рисунке К2.10, и движется в направляющих поступательно. Линейные скорости точек , ободов колес и точек планки равны между собой, т.е. . Но , следовательно, . Вектор направлен вдоль направляющих в сторону движения планки.
Ускорение планки . Если положительно, то направление вектора ускорения совпадает с направлением вектора скорости , если отрицательна, то вектор направлен в сторону, обратную направлению .
Тогда, угловая скорость колеса 2 , а угловое ускорение колеса . Скорость точки равна скорости точки , т. е. . Вектор направлен по касательной к окружности радиуса . Линейное ускорение модуль ускорения
Таким образом .
Вектор направлен по касательной к окружности радиуса , вектор — по радиусу к центру окружности , вектор — по диагонали параллелограмма, построенного на векторах , .
Подставляя в найденные аналитические выражения заданное значения параметра с, получим : =5рад /с ; =15см/с ; =15см/с 2 ; =3рад/с 2 ; =15см/с ; =47,1см/с 2 ; =15см/с 2 ; =45см/с 2 .
Плоский механизм состоит из стержней 1, 2, 3, 4 и ползунов В и Е(рис.К3.0.–7) или из стержней 1, 2, 3 и ползунов В и Е (рис К3.8-9), соединенных друг с другом и с неподвижными опорами О1, О2шарнирами; точка D находится в середине стержня АВ. Длины стержней равны соответственно : l1 =0,4м, l2 = 1,2 м, l3 =1,4м, l4 = 0,6м. Положение механизма определяется углами a, b, g, j, q. Значения этих углов и других заданных величин указаны в табл.К3.1 (для рис. К3.0 –4) или в табл.К3.2 (для рис.К3.5–9). Определить величины, указанные в таблицах в столбцах «Найти».
Дуговые стрелки на рисунках показывают, как при построении чертежа механизма должны откладываться соответствующие углы: по ходу или против хода часовой стрелки (например, угол g на рис. К2.8 следует отложить от DB по ходу часовой стрелки, а на рис. К2.9 – против часовой стрелки).
Рис. К3.0-9
Таблица К3.1 (к рис. К3.0-К3.4)
Номер условия | Углы, градусы | Дано | Найти | |||||
a | b | g | j | q | w1 рад/с | w2 рад/с | Скорости точек | w звена |
— | В,Е | DE | ||||||
— | A,E | AB | ||||||
— | B,E | AB | ||||||
— | A,E | DE | ||||||
— | D,E | AB | ||||||
— | A,E | AB | ||||||
— | B,E | DE | ||||||
— | A,E | DE | ||||||
— | D,E | AB | ||||||
— | A,E | DE |
Таблица К3.2 (к рис. К3.5-К3.9)
Номер условия | Углы, градусы | Дано | Найти | |||||
a | b | g | j | q | w1, рад/с | uВ, м/с | Скорости точек | w звена |
— | B,E | AB | ||||||
— | A,E | DE | ||||||
— | B,E | AB | ||||||
— | A,E | AB | ||||||
— | B,E | DE | ||||||
— | D,E | DE | ||||||
— | B,E | DE | ||||||
— | A,E | AB | ||||||
— | B,E | DE | ||||||
— | D,E | AB |
Указания. Построение чертежа начинать со стержня, направление которого определяется углом a. Заданную угловую скорость считать направленной против часовой стрелки, а заданную скорость — от точки В к в (на рис. К3.5 –.9).
Задача К3 – на исследование плоскопараллельного движения твердого тела. При ее решении для определения скоростей точек механизма и угловых скоростей его звеньев следует воспользоваться теоремой о проекциях скоростей двух точек тела и понятием о мгновенном центре скоростей, применяя эту теорему (или это понятие) к каждому звену механизма в отдельности.
Пример К3. Механизм (рис.К3.10) состоит из двух стержней 1,2,3,4 и ползуна В,соединенных друг с другом и неподвижными опорами О2 и О2шарнирами.
Дано: a = 60 0 , b =150 0 , g = 90 0 , j = 30 0 , q = 30 0 , AD = DB, l1= 0,4 м, l2 = 1,2 м, l3 = 1,4 м, w2 = 2 рад/c (направление w1 – против хода часовой стрелки). Определить: VВ, VЕ, ω2.
1. Строим положение механизма в соответствии с заданными углами (рис.К2.11); на этом рисунке изображаем все векторы скоростей.
2. Определяем . Точка В принадлежит стержню 3. Чтобы найти , надо знать скорость, какой – либо другой точки этого стержня и направление . По данным задачи, учитывая направление , можем определить ; численно
(1)
Направление найдем, учтя, что точка В принадлежит и ползуну B, движущемуся вдоль направляющих поступательно.
Рис. К2.10 Рис. К2.11
Теперь, зная и направление , воспользуемся теоремой о проекциях скоростей двух точек тела (стержня 3) на прямую, соединяющую эти точки (прямая АВ). Сначала по этой теореме устанавливаем, в какую сторону направлен вектор (проекции скоростей должны иметь одинаковые знаки). Затем, вычисляя эти проекции, находим
и (2)
3. Определяем . Точка Е принадлежит стержню 2. Следовательно, по аналогии с предыдущим, чтобы определить , надо сначала найти скорость точки D, принадлежащей одновременно стержню 3. Для этого, зная строим мгновенный центр скоростей (МЦС) стержня 3; это точка С3, лежащая на пересечении перпендикуляров к , восстановленных из точек А и В (к перпендикулярен стержень 1). По направлению вектора определяем направление поворота стержня 3 вокруг МЦС С3. Вектор перпендикулярен отрезку С3 D, соединяющему точки D и С3, и направлен в сторону поворота. Величину найдем из пропорции
. (3) 7
Чтобы вычислить C3 D и C3 B, заметим, что ∆ АС3 В – прямоугольный, так что острые углы в нем равны 30 0 и 60 0 , и что С3В = АB sin 30 0 = 0,5 AB =BD.
Тогда ∆ ВС3 D является равносторонним и С3 В = С3 D. В результате равенство (3) дает
(4)
Так как точка Е принадлежит одновременно стержню 4, вращающемуся вокруг О2, то . Тогда, восставляя из точек Е и D перпендикуляры к скоростям , построим МЦС С2 стержня 2. По направлению вектора определяем направление поворота стержня 2 вокруг центра С2. Вектор направлен в сторону поворота этого стержня. Из рис. К2.11 видно, что С2ED = C2DE =30 0 , откуда С2Е = C2D.
Составив теперь пропорцию, найдем, что
(5)
4. Определяем . Так как МЦС стержня 2 известен (точка С2) и С2D = l2 / (2cos30 0 ) = 0, 69 м, то
. (6)
Ответ: VB = 0,46 м /c; VЕ = 0,46 м / с; ω2 = 0,67 рад / c.
(1)
Направление найдем, учтя, что точка В принадлежит и ползуну B, движущемуся вдоль направляющих поступательно.
Теперь, зная и направление , воспользуемся теоремой о проекциях скоростей двух точек тела (стержня 3) на прямую, соединяющую эти точки (прямая АВ). Сначала по этой теореме устанавливаем, в какую сторону направлен вектор (проекции скоростей должны иметь одинаковые знаки). Затем, вычисляя эти проекции, находим
и (2)
3. Определяем . Точка Е принадлежит стержню 2. Следовательно, по аналогии с предыдущим, чтобы определить , надо сначала найти скорость точки D, принадлежащей одновременно стержню 3. Для этого, зная строим мгновенный центр скоростей (МЦС) стержня 3; это точка С3, лежащая на пересечении перпендикуляров к , восстановленных из точек А и В (к перпендикулярен стержень 1). По направлению вектора определяем направление поворота стержня 3 вокруг МЦС С3. Вектор перпендикулярен отрезку С3 D, соединяющему точки D и С3, и направлен в сторону поворота. Величину найдем из пропорции
. (3)
Чтобы вычислить C3 D и C3 B, заметим, что ∆ АС3 В – прямоугольный, так что острые углы в нем равны 30 0 и 60 0 , и что С3В = АB sin 30 0 = 0,5 AB =BD.
Тогда ∆ ВС3 D является равносторонним и С3 В = С3 D. В результате равенство (3) дает
(4)
Так как точка Е принадлежит одновременно стержню 4, вращающемуся вокруг О2, то . Тогда, восставляя из точек Е и D перпендикуляры к скоростям , построим МЦС С2 стержня 2. По направлению вектора определяем направление поворота стержня 2 вокруг центра С2. Вектор направлен в сторону поворота этого стержня. Из рис. К3б видно, что С2ED = C2DE =30 0 , откуда С2Е = C2D.
Составив теперь пропорцию, найдем, что
(5)
4. Определяем . Так как МЦС стержня 2 известен (точка С2) и С2D = l2 / (2cos30 0 ) = 0, 69 м, то
. (6) Ответ: VB = 0,46 м /c; VЕ = 0,46 м / с; ω2 = 0,67 рад / c.
http://gigabaza.ru/doc/71214.html
http://mydocx.ru/10-28928.html