3. Динамики относительного движения материальной точки
Рассмотрим сложное движение материальной точки M массой m. Введем подвижную систему координат O1x1y1z1, движущуюся произвольно относительно неподвижной системы координат Oxyz (рис. 5).
Рис. 5. Относительное движение материальной точки «М»
Обозначим - равнодействующую всех сил, приложенных к точкеM. Эта сила создает абсолютное ускорение в неподвижной системе координатOxyz.
Воспользуемся кинематической теоремой Кориолиса, известной из курса кинематики:
. (2.9)
где переносное ускорение точкиM,
относительное ускорение точки M,
ускорение Кориолиса M,
абсолютное ускорение точки M.
Подставляя выражение (2.9) в уравнение (1.2), получим
,
. (2.10)
Выражая из (2.11), получим
. (2.11)
Введем понятия переносной силы инерции и силы инерции Кориолиса.
Переносная сила инерции материальной точки в ее относительном движении направлена прямо противоположно вектору переносного ускорения и численно равна произведению массы точки на величину переносного ускорения:
.
Сила инерции Кориолиса материальной точки в ее относительном движении направлена прямо противоположно вектору ускорения Кориолиса и численно равна произведению массы точки на величину ее ускорения Кориолиса:
.
Подставляя выражения для ив формулу (2.11), получим
, (2.12)
, (2.12/)
где – вторая локальная производная от вектора.
Таким образом, сила, действующая на точку и создающая ее относительное ускорение (ускорение в подвижной системе O1x1y1z1), состоит из трех сил: непосредственно приложенной к точке силы и двух дополнительных сил, наблюдаемых только в подвижной системе отсчета: переносной силы инерциии силы инерции Кориолиса.
Уравнение (2.12) выражает динамическую теорему Кориолиса, которая формулируется следующим образом: относительное движение точки происходит под действием не только непосредственно приложенной силы , но и под действием переносной силы инерциии силы инерции Кориолиса.
Если спроектировать обе части равенства (2.12/) на оси подвижной системы координат, будут получены динамические дифференциальные уравнения относительного движения материальной точки.
Рассмотрим примеры физических явлений связанных с действием рассматриваемых сил инерции.
Реки, текущие в меридиональном направлении в северном полушарии, размывают правый берег, текущие в правом полушарии, размывают левый берег (Закон Бэра).
В северном полушарии северный ветер имеет тенденцию обращаться в восточный. Этим объясняются пассаты в северном полушарии.
Все падающие на Землю тела (в северном полушарии) отклоняются на восток.
Вращение плоскости колебаний маятника относительно Земли (Опыт Фуко 1857 г.).
- Д.А. Смирнов динамика
- Часть II
- 1. Пояснительная записка
- 2. Рабочая программа дисциплины
- 2.1. Распределение часов лекционных и практических занятий по темам
- 2.2. Описание содержания основных тем курса
- 2.2. Вторая аксиома динамики
- 2.3. Третья аксиома динамики
- 2.4. Четвертая аксиома динамики
- Тема 2. Динамика материальной точки
- 1. Дифференциальные уравнения движения материальной точки
- 1.1. Дифференциальное уравнение движения материальной точки в векторной форме
- 1.2. Дифференциальные уравнения движения материальной точки
- 2. Две основные задачи динамики материальной точки
- 2.1. Первая основная задача динамики материальной точки
- 2.2. Вторая основная задача динамики материальной точки
- 3. Динамики относительного движения материальной точки
- 4. Невесомость материальной точки
- Тема 2. Механика системы
- 1. Понятие механической системы
- 2. Центр масс системы
- 3. Статические моменты массы системы
- 4. Моменты инерции
- 4.1. Определения и общие формулы
- 4.2. Теорема о моментах инерции относительно параллельных осей (Теорема Штейнера)
- 4.3. Моменты инерции простейших однородных тел
- Тема 3. Общие теоремы динамики механической системы
- 1. Понятие о внутренних и внешних силах системы
- 2. Дифференциальные уравнения движения системы
- 3. Теорема об изменении количества движения для точки и системы
- 3.1. Количество движения для точки и системы
- 3.2. Элементарный и полный импульс силы
- 3.3. Теорема об изменении количества движения для точки
- 3.4. Теорема об изменении количества движения для системы
- 3.5. Частные случаи теоремы об изменении количества движения для системы (Законы сохранения количества движения)
- 4. Теорема о движении центра масс системы. Дифференциальные уравнения поступательного движения твердого тела
- 4.1. Теорема о движении центра масс системы
- 4.2. Дифференциальные уравнения поступательного движения твердого тела
- 5. Теорема об изменении кинетического момента для точки и системы
- 5.1. Кинетический момент точки и системы
- 5.2. Кинетический момент вращающегося твердого тела относительно оси вращения
- 5.3. Теорема об изменении кинетического момента для материальной точки
- 5.4. Теорема об изменении кинетического момента для системы
- 5.5. Законы сохранения кинетических моментов
- 5.6. Дифференциальное уравнение вращения твердого тела вокруг неподвижной оси
- 5.7. Дифференциальные уравнения плоского движения твердого тела
- 6. Теорема об изменении кинетической энергии
- 6.1. Элементарная работа силы
- 6.2. Полная работа силы
- 6.3. Мощность
- 6.3. Примеры вычисления работы и мощности силы
- 6.3.1. Случаи, когда работа силы равна нулю
- 6.3.2. Работа силы тяжести
- 6.3.3. Работа линейной силы упругости
- 6.3.4. Работа и мощность силы, приложенной к твердому телу
- 6.4. Работа внутренних сил твердого тела
- 6.5. Кинетическая энергия
- 6.5.1. Кинетическая энергия материальной точки и системы
- 6.5.2. Кинетическая энергия твердого тела
- 6.5.2.1. Кинетическая энергия твердого тела при поступательном движении
- 6.5.2.2. Кинетическая энергия твердого тела при его вращении вокруг неподвижной оси
- 6.5.2.3. Кинетическая энергия твердого тела при его плоском движении
- 6.6. Теорема об изменении кинетической энергии для точки
- 6.7. Теорема об изменении кинетической энергии для механической системы
- Тема 4. Закон сохранения полной механической энергии
- 1. Потенциальная энергия материальной точки
- 2. Потенциальная энергия механической системы
- 3. Закон сохранения механической энергии
- Тема 5. Метод кинетостатики
- 1. Принцип Даламбера для материальной точки
- 2. Принцип Даламбера для механической системы