Ìàêåòû ñòðàíèö
§ 41. ÐÅØÅÍÈÅ ÇÀÄÀ× ÊÈÍÅÌÀÒÈÊÈ ÒÎ×ÊÈÇàäà÷è, ðåøàåìûå ìåòîäàìè êèíåìàòèêè òî÷êè, ìîãóò ñîñòîÿòü â îïðåäåëåíèè òðàåêòîðèè, ñêîðîñòè èëè óñêîðåíèÿ òî÷êè, â îòûñêàíèè âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî òî÷êà ïðîõîäèò òîò èëè èíîé ïóòü, èëè ïóòè, ïðîõîäèìîãî çà òîò èëè èíîé ïðîìåæóòîê âðåìåíè, è ò. ï. Ïðåæäå ÷åì ðåøàòü ëþáóþ èç òàêîãî ðîäà çàäà÷, íàäî óñòàíîâèòü, ïî êàêîìó çàêîíó äâèæåòñÿ òî÷êà. Ýòîò çàêîí ìîæåò áûòü íåïîñðåäñòâåííî çàäàí â óñëîâèÿõ çàäà÷è (çàäà÷è 47, 48) èëè æå èç óñëîâèé çàäà÷è îïðåäåëåí (çàäà÷è 49, 50). Çàäà÷à 47. Äâèæåíèå òî÷êè çàäàíî óðàâíåíèÿìè ( — â ìåòðàõ, t — â ñåêóíäàõ). Îïðåäåëèòü òðàåêòîðèþ, ñêîðîñòü è óñêîðåíèå òî÷êè. Ðåøåíèå. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ òðàåêòîðèè èñêëþ÷àåì èç óðàâíåíèé äâèæåíèÿ âðåìÿ t. Óìíîæàÿ îáå ÷àñòè ïåðâîãî óðàâíåíèÿ íà 3, à îáå ÷àñòè âòîðîþ — íà 4 è ïî÷ëåííî âû÷èòàÿ èç ïåðâîãî ðàâåíñòâà âòîðîå, ïîëó÷èì: èëè Ñëåäîâàòåëüíî, òðàåêòîðèÿ — ïðÿìàÿ ëèíèÿ, íàêëîíåííàÿ ê îñè ïîä óãëîì à, ãäå (ðèñ. 118). Îïðåäåëÿåì ñêîðîñòü òî÷êè. Ïî ôîðìóëàì (12) è (13) ïîëó÷àåì: Òåïåðü íàõîäèì óñêîðåíèå òî÷êè. Ôîðìóëû (14) è (15) äàþò: Íàïðàâëåíû âåêòîðû è è à âäîëü òðàåêòîðèè, ò. å. âäîëü ïðÿìîé ÀÂ. Ïðîåêöèè óñêîðåíèÿ íà êîîðäèíàòíûå îñè âñå âðåìÿ îòðèöàòåëüíû, ñëåäîâàòåëüíî, óñêîðåíèå èìååò ïîñòîÿííîå íàïðàâëåíèå îò  ê À. Ïðîåêöèè ñêîðîñòè ïðè ïîëîæèòåëüíû, ñëåäîâàòåëüíî, â òå÷åíèå ýòîãî ïðîìåæóòêà âðåìåíè ñêîðîñòü òî÷êè íàïðàâëåíà îò Î ê Â. Ïðè ýòîì â ìîìåíò âðåìåíè â ìîìåíò .  ïîñëåäóþùèå ìîìåíòû âðåìåíè îáå ïðîåêöèè ñêîðîñòè îòðèöàòåëüíû è, ñëåäîâàòåëüíî, ñêîðîñòü íàïðàâëåíà îò  ê À, ò. å. òàê æå, êàê è óñêîðåíèå. Çàìåòèì, íàêîíåö, ÷òî ïðè ïðè (òî÷êà Â); ïðè ïðè çíà÷åíèÿ è ó ðàñòóò ïî ìîäóëþ, îñòàâàÿñü îòðèöàòåëüíûìè. Èòàê, çàäàííûå â óñëîâèÿõ çàäà÷è óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ðàññêàçûâàþò íàì âñþ èñòîðèþ äâèæåíèÿ òî÷êè. Äâèæåíèå íà÷èíàåòñÿ èç òî÷êè Î ñ íà÷àëüíîé ñêîðîñòüþ è ïðîèñõîäèò âäîëü ïðÿìîé ÀÂ, íàêëîíåííîé ê îñè ïîä óãëîì à, äëÿ êîòîðîãî Íà ó÷àñòêå Πòî÷êà äâèæåòñÿ çàìåäëåííî (ìîäóëü åå ñêîðîñòè óáûâàåò) è ÷åðåç îäíó ñåêóíäó ïðèõîäèò â ïîëîæåíèå  (4, 3), ãäå ñêîðîñòü åå îáðàùàåòñÿ â íóëü. Îòñþäà íà÷èíàåòñÿ óñêîðåííîå äâèæåíèå â îáðàòíóþ ñòîðîíó.  ìîìåíò òî÷êà âíîâü îêàçûâàåòñÿ â íà÷àëå êîîðäèíàò è äàëüøå ïðîäîëæàåò ñâîå äâèæåíèå âäîëü ÎÀ, Óñêîðåíèå òî÷êè âñå âðåìÿ ðàâíî Ðèñ. 118 Ðèñ. 119 Çàäà÷à 48. Äâèæåíèå òî÷êè çàäàíî óðàâíåíèÿìè: ãäå — ïîñòîÿííûå âåëè÷èíû. Îïðåäåëèòü òðàåêòîðèþ, ñêîðîñòü è óñêîðåíèå òî÷êè. Ðåøåíèå. Âîçâîäÿ ïåðâûå äâà óðàâíåíèÿ ïî÷ëåííî â êâàäðàò è ñêëàäûâàÿ, ïîëó÷àåì Ñëåäîâàòåëüíî, òðàåêòîðèÿ ëåæèò íà êðóãëîì öèëèíäðå ðàäèóñà R, îñü êîòîðîãî íàïðàâëåíà âäîëü îñè (ðèñ. 119). Îïðåäåëÿÿ èç ïîñëåäíåãî óðàâíåíèÿ t è ïîäñòàâëÿÿ â ïåðâîå, íàõîäèì Òàêèì îáðàçîì, òðàåêòîðèåé òî÷êè áóäåò ëèíèÿ ïåðåñå÷åíèÿ ñèíóñîèäàëüíîé ïîâåðõíîñòè, îáðàçóþùèå êîòîðîé ïàðàëëåëüíû îñè (ñèíóñîèäàëüíûé ) ñ öèëèíäðè÷åñêîé ïîâåðõíîñòüþ ðàäèóñà R. Ýòà êðèâàÿ íàçûâàåòñÿ âèíòîâîé ëèíèåé. Èç óðàâíåíèé äâèæåíèÿ âèäíî, ÷òî îäèí âèòîê âèíòîâîé ëèíèé òî÷êà ïðîõîäèò çà âðåìÿ îïðåäåëÿåìîå èç ðàâåíñòâà Ïðè ýòîì âäîëü îñè òî÷êà çà ýòî âðåìÿ ïåðåìåùàåòñÿ íà âåëè÷èíó íàçûâàåìóþ øàãîì âèíòîâîé ëèíèè. Íàéäåì ñêîðîñòü è óñêîðåíèå òî÷êè. Äèôôåðåíöèðóÿ óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ ïî âðåìåíè, ïîëó÷àåì: îòêóäà Ñòîÿùèå ïîä çíàêîì ðàäèêàëà âåëè÷èíû ïîñòîÿííû. Ñëåäîâàòåëüíî, äâèæåíèå ïðîèñõîäèò ñ ïîñòîÿííîé ïî ìîäóëþ ñêîðîñòüþ, íàïðàâëåííîé ïî êàñàòåëüíîé ê òðàåêòîðèè, Òåïåðü ïî ôîðìóëàì (14) âû÷èñëÿåì ïðîåêöèè óñêîðåíèÿ; îòêóäà Èòàê, äâèæåíèå ïðîèñõîäèò ñ ïîñòîÿííûì ïî ìîäóëþ óñêîðåíèåì, Äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàïðàâëåíèÿ óñêîðåíèÿ èìååì ôîðìóëû: Íî, î÷åâèäíî, ãäå a è P — óãëû, îáðàçóåìûå ñ îñÿìè ðàäèóñîì R, ïðîâåäåííûì îò îñè öèëèíäðà ê äâèæóùåéñÿ òî÷êå. Òàê êàê êîñèíóñû óãëîâ îòëè÷àþòñÿ îò êîñèíóñîâ à è òîëüêî çíàêàìè, òî îòñþäà çàêëþ÷àåì, ÷òî óñêîðåíèå òî÷êè âñå âðåìÿ íàïðàâëåíî ïî ðàäèóñó öèëèíäðà ê åãî îñè. Çàìåòèì, ÷òî õîòÿ â äàííîì ñëó÷àå äâèæåíèå è ïðîèñõîäèò ñî ñêîðîñòüþ, ïîñòîÿííîé ïî ìîäóëþ, óñêîðåíèå òî÷êè íå ðàâíî íóëþ, òàê êàê íàïðàâëåíèå ñêîðîñòè èçìåíÿåòñÿ. Çàäà÷à 49. ×åëîâåê ðîñòîì h óäàëÿåòñÿ îò ôîíàðÿ, âèñÿùåãî íà âûñîòå äâèãàÿñü ïðÿìîëèíåéíî ñî ñêîðîñòüþ è. Ñ êàêîé ñêîðîñòüþ äâèæåòñÿ êîíåö òåíè ÷åëîâåêà? Ðåøåíèå. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è íàéäåì ñíà÷àëà çàêîí, ïî êîòîðîìó äâèæåòñÿ êîíåö òåíè. Âûáèðàåì íà÷àëî îòñ÷åòà â òî÷êå Î, íàõîäÿùåéñÿ íà îäíîé âåðòèêàëè ñ ôîíàðåì, è íàïðàâëÿåì âäîëü ïðÿìîé, ïî êîòîðîé äâèæåòñÿ êîíåö òåíè, êîîðäèíàòíóþ îñü (ðèñ. 120). Èçîáðàæàåì ÷åëîâåêà â ïðîèçâîëüíîì ïîëîæåíèè íà ðàññòîÿíèè îò òî÷êè Î. Òîãäà êîíåö åãî òåíè áóäåò íàõîäèòüñÿ îò íà÷àëà Î íà ðàññòîÿíèè Èç ïîäîáèÿ òðåóãîëüíèêîâ ÎÀÌ è DAB íàõîäèì: Ýòî óðàâíåíèå âûðàæàåò çàêîí äâèæåíèÿ êîíöà òåíè Ì, åñëè çàêîí äâèæåíèÿ ÷åëîâåêà, ò. å. èçâåñòåí, Âçÿâ ïðîèçâîäíóþ ïî âðåìåíè îò îáåèõ ÷àñòåé ðàâåíñòâà è çàìå÷àÿ, ÷òî ïî ôîðìóëå ãäå v — èñêîìàÿ ñêîðîñòü, ïîëó÷èì Åñëè ÷åëîâåê äâèæåòñÿ ñ ïîñòîÿííîé ñêîðîñòüþ ), òî ñêîðîñòü êîíöà òåíè Ì áóäåò òîæå ïîñòîÿííà, êî â ðàç áîëüøå, ÷åì ñêîðîñòü ÷åëîâåêà. Îáðàùàåì âíèìàíèå íà òî, ÷òî ïðè ñîñòàâëåíèè óðàâíåíèé äâèæåíèÿ íàäî èçîáðàæàòü äâèæóùååñÿ òåëî èëè ìåõàíèçì (ñì. çàäà÷ó 50) â ïðîèçâîëüíîì ïîëîæåíèè. Òîëüêî òîãäà ìû ïîòó÷èì óðàâíåíèÿ, îïðåäåëÿþùèå ïîëîæåíèå äâèæóùåéñÿ òî÷êè (èëè â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè. Ðèñ. 120 Ðèñ. 121 Çàäà÷à 50. Îïðåäåëèòü òðàåêòîðèþ, ñêîðîñòü è óñêîðåíèå ñåðåäèíû Ì øàòóíà êðèâîøèïíî-ïîëçóííîãî ìåõàíèçìà (ðèñ. 121), åñëè à óãîë ïðè âðàùåíèè êðèâîøèïà ðàñòåò ïðîïîðöèîíàëüíî âðåìåíè: Ðåøåíèå. Íà÷èíàåì ñ îïðåäåëåíèÿ óðàâíåíèé äâèæåíèÿ òî÷êè Ì. Ïðîâîäÿ îñè è îáîçíà÷àÿ êîîðäèíàòû òî÷êè Ì â ïðîèçâîëüíîì ïîëîæåíèè ÷åðåç è ó íàõîäèì Çàìåíÿÿ åãî çíà÷åíèåì, ïîëó÷àåì óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ òî÷êè Äëÿ îïðåäåëåíèÿ òðàåêòîðèè òî÷êè Ì ïðåäñòàâèì óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ â âèäå Âîçâîäÿ ýòè ðàâåíñòâà ïî÷ëåííî â êâàäðàò è ñêëàäûâàÿ, ïîëó÷èì Èòàê, òðàåêòîðèÿ òî÷êè Ì — ýëëèïñ ñ ïîëóîñÿìè 3b è b. Òåïåðü ïî ôîðìóëàì (12) è 13) íàõîäèì ñêîðîñòü òî÷êè Ì: Ñêîðîñòü îêàçûâàåòñÿ âåëè÷èíîé ïåðåìåííîé, ìåíÿþùåéñÿ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè â ïðåäåëàõ îò äî Äàëåå ïî ôîðìóëàì (14; îïðåäåëÿåì ïðîåêöèè óñêîðåíèÿ òî÷êè îòñþäà ãäå — äëèíà ðàäèóñà-âåêòîðà, ïðîâåäàííîãî èç öåíòðà Î äî òî÷êè Ì. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîäóëü óñêîðåíèÿ òî÷êè ìåíÿåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî åå ðàññòîÿíèå îò öåíòðà ýëëèïñà. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ íàïðàâëåíèÿ à èìååì ïî ôîðìóëàì (15): Îòñþäà, òàê æå êàê è âçàäà÷å 48, íàõîäèì, ÷òî óñêîðåíèå òî÷êè Ì âñå íàïðàâëåíî âäîëü ÌÎ ê öåíòðó ýëëèïñà.
|
Îãëàâëåíèå
|