Upload
todd-moon
View
119
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Tuhé teleso. Dokonale tuhé teleso. je také teleso, ktorého ktorákoľvek dvojica bodov zachováva počas pohybu telesa svoju vzájomnú vzdialenosť. vyhovuje predstava hm. b. Dokonale tuhé teleso nemení svoj tvar – je nedeformovateľné. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
ml 1010
md 1510510
d
lvyhovuje predstava hm. b.
Všetky zákony pre sústavu hm. b. budú platiť aj pre tuhé teleso.
Dokonale tuhé teleso nemení svoj tvar – je nedeformovateľné
Dokonale tuhé teleso je také teleso, ktorého ktorákoľvek dvojica bodov zachováva počas pohybu telesa svoju vzájomnú vzdialenosť
Tuhé teleso
Skladanie síl v tuhom telese
Skladanie rôznorodých síl:
A
B
1F
2F
1F
2F
F
F
A
B
1F
2F
F
F
1F
2F
F
• Posunieme vektory sily po vektorovým priamkam do spoločného bodu
• Určíme (graficky) výslednicu síl• Posunieme výslednicu síl po jej
vektorovej priamke do ľubovoľného bodu telesa
posunutie pôsobiska sily v priamke sily
A F
BF
F
Účinok sily na telesosa nemení, keď
vektorsily posúvame po jejvektorovej priamke
*amF
alebo
dt
HdF
1. Veta impulzová
(translačný pohyb)
dt
LdM
2. Veta impulzová (rotačný pohyb)
a
Pohybové rovnice tuhého telesa
Plná analógia vzťahov pre SHB a TT:
iiFF
je výslednica síl, pôsobiacich na teleso
*a
je zrýchlenie ťažiska
dvojica síl – 2 rovnako veľké a opačne orientované sily, ležiace mimo priamky sily
A1F
B
2F
r1r
2r
Odvodenie momentu dvojice síl:
21 MMM 2211 FrFrM
222 FrM
2111 FrrFrM
2211 FrFFrM
0
2FrM 111 FrM
rrr 12
Moment dvojice síl
dm
dmrr *
dmr
mr * 1
mdm
Polohový vektor ťažiska tuhého telesa (TT)
dVρdm ρdVrm
r * 1
dSσdm dSrm
r 1*
dlλdm dlrm
r 1*
V
mρ
Trojrozmerné teleso
(Objemová hustota)
S
mσ Dvojrozmerné teleso
(Plošná hustota)
L
mλ
Jednorozmerné teleso(lineárna hustota)
irim
x
y
z
ii
iii
*
m
mrr
SHB TT
ii
iii
*
m
mr
rΔ
Δ
xdmm
x* 1 ydm
my* 1
zdmm
z* 1
dmm
m
i
i
Δ
0Δ
*amF
alebo
dt
HdF
1. Veta impulzová
(translačný pohyb)
dt
LdM
2. Veta impulzová (rotačný pohyb)
a
Pohybové rovnice tuhého telesa
Plná analógia vzťahov pre SHB a TT:
iiFF
je výslednica síl, pôsobiacich na teleso
*a
je zrýchlenie ťažiska
Príklady na vetu o ťažisku
Príklady na vetu o ťažisku
Podmienky rovnovahy pre tuhé teleso
Keď 0vF
konstH
dt
HdFFv
1. V.I.
dt
LdM
2. V.I.
0M
Keď konstL
Rovnovážna poloha – platia podmienky rovnováhy
Stabilná – pri vychýlení z RP vzniká sila (resp. moment sily) navracajúca teleso do RP
Labilná Indiferentná
0keď H
0Keď L
Rovnováha rebríka
FN2
Ft2
0 F 021 tN FF:x
021 gNt FFF:y
0M
r
=gM
gFr
×
=×= 11 tt FrM
r
022 tN MM
sinmgl
2sin 1tFl 01 cosNFl
O
Vzhľadom k bodu O
111 Nt FμF 222 Nt FμF
Fg
Ft1
FN1
( )1=sin
2=-sin
2= d.mgα.
lmgαπ.mg
l
d1
2111 =sin=sin.. d.Fα.l.FαFl ttt
d2
31111 =cos=×= dFαF.lFrM NNNN
d3
Otáčanie tuhého telesa okolo pevnej osiotáčanie = rotácia
Element telesa dm má kinetickú energiu:
2
2
1vdmdEk
Celé teleso má kinetickú energiu:
2
)( 2
1vdm
m
k
m
k EdE )(
22
)( 2
1rdm
m
v
rdm
Pevná os je os, ktorá sa nepohybuje
rv
1
[kg.m2]
kk
k mrJ 2
SHB
2
2
1ωJEk
dmrEm
k )(
22
2
1w je pre všetky body telesa rovnaká
3. Steinerova veta- vyjadruje vzťah medzi momentmi zotrvačnosti vzhľadom na rovnobežné osi, z ktorých jedna prechádza ťažiskom:
dmrJ)m( 2 dmar
m
o )(
2)(
o oo
dmr ro
T
arr o
a
dmadmardmrJ)m()m(
o
)m(
o 22 2
8
oJ ma 2
ma2dmrm
ma
)m(
o2
Tox je súradnica ťažiska vzhľadom na os prechádzajúcu ťažiskom
Tox
2amJJ o Steinerova veta
Momenty zotrvačnosti vzhľadom na rovnobežné osi, z ktorých jedna prechádza ťažiskom sa líšia o m.a2, kde a je
vzdialenosť týchto osí.
0Tox
Vlastnosti momentu zotrvačnosti
1. Moment zotrvačnosti je aditívna funkcia
3I 321 IIII
2I1I
2. Hlavné osi rotácie – osi, ktoré nemenia orientáciu v priestore pri rotacii telesa
7
• Pre ľubovoľné teleso sa dá nájsť 3 navzájom koľme osi, prechádzajúce cez ťažisko, ktoré sú hlavnými osami
• Pre symetrické teleso hlavne osi sú osi symetrie
T y
z
x
obdĺžniková doska, alebo tyč:
2
12
1mLJ
L
L
obruč: 2mrJ
plný valec, alebo doska tvaru kruhu:2
2
1mrJ
doska tvaru rovnoramenného trojuholníka:
2
6
1maJ aa
vrdmvdmrLd
Určíme L
pre tyč, ktorá sa otáča okolo zvislej osi, prechádzajúcej ťažiskom pod uhlom ku tyči
rrdmrrdmrrdmLd
rrdmrdmLd cos2
LdL
zložka po osi
z
Ld
L
v
dmr
Dokážeme, že len pre hlavné osi
L
Zložka v smere tyče
dmωrrrωL
2
JL
L
(hlavná os a osi im rovnobežné)2
πθ Len pre
Ld
dm
v
L
t
z
L
JωLdmrωL
2
Jε
dt
Jωd
dt
Ld
t
LM
Δ
Δ ωM
Moment hybnosti tuhého telesaL
Analógia vzťahov pre postupný a otáčavý pohyb
m J
amF
JM
vmH
JL
dt
HdF
dt
LdM
2
2
1vmEk
2
2
1 JEk
r
v
a
Precesia
Gyroskop je zariadenie na meranie, alebo udržiavanie rovnakej orientácie, resp. rovnakého smeru.
Fg
FN
M
t
LM
Kardanov záves
z
L
tω Δ
L
ΔtLL
2
sin
dmωrrrωL
2Keď os nie je hlavná ( /2) ωL
Nech , to znamená že veľkosť vektora sa nemení ( )konstω
konstL
L
Za čas tΔ sa vektor L
pootočil o uhol ,
tω Δ
LL
,ωL
Δ
Δpritom
tLωL ΔΔ
Lωt
LM
Δ
Δ
ωJLz
JεM z
Pre zložky vektorov na os otáčania platí
LM,ωM
to znamená, že v každý okamih čo privádza k rotácie vektora L tak že jeho koniec pohybuje po kružnice. Teleso koná precesný pohyb.
zyx ,, z,y,xr
dmωzωyωxxzyxωL zyxxx222
zyx ωzωyωxωr
222 zyxrr dmωrrrωL
2
dmxzωdmxyωdmzyωL zyxx 22
dmyzωdmyxωdmzxωL zxyy 22
dmzyωdmzxωdmyxωL yxzz 22
Podobne
Označenie:
dmzyJ xx22
dmzxJ yy22
dmyxJ zz22
dmxyJJ yxxy
dmyzJJ zyyz
dmzxJJ xzzx
zzzzyyzxxz
yzzyyyyxxy
xzzyxyxxxx
JJJL
JJJL
JJJL
z
y
x
zzzyzx
yzyyyx
zxyxxx
z
y
x
ω
ω
ω
JJJ
JJJ
JJJ
L
L
L
Rotácia okolo ľubovolnej osi
zzzzyyzxxz
yzzyyyyxxy
xzzyxyxxxx
JJJL
JJJL
JJJL
z
y
x
zzzyzx
yzyyyx
zxyxxx
z
y
x
JJJ
JJJ
JJJ
L
L
L
Jje tenzor momentu zotrvačnosti (mení smer vektora)
Hlavné osi:
,||L
33
22
11
00
00
00
J
J
J
J
JL
εJdt
LdM
Pohybová rovnica rotujúceho telesa
Tenzor momentu zotrvačnosti
.JL
,0,0 z,y,xr
dmbωFd
2=z
L
v
dm
r
b
( )0≡ ,y,xb
( )dmbrωdmbωrMd
×=×= 22
dmjyixkzjyixM
2
0
0
0
kk
jj
ii
jik
ikj
kji
jik
ikj
kij
dmxzjdmyziM 22
xzzyzz JjJiM 22
yzx JM 2 xzy JM 2 0zM
Vplyv odstredivých síl
Momenty Mx a My vyvíjajú rotáciu okolo osi kolmej na os z
Valenie
Valenie ako kombinacia posuvného a otáčavého pohybu
Valenie ako otáčavý pohyb
Ak sa pohybuje aj os otáčania, pohyb je zložený:
z posuvného (translačného) a otáčavého (rotačného) pohybu.
22
2
1
2
1TT vmI
Potom kinetická energia je zložená z kinetických energií oboch pohybov:
kpkrk EEE
3
Valenie
Kinetická energia
22
2
1
2
1ωRmωIT
2Tv
P
2
2
1ωIP 22
2
1ωmRIT
PI
Príklad:
Z definície vypočítajte moment zotrvačnosti dutého valca (r1,r2,h) vzhľadom na jeho geometrickú os.
hrrV )( 21
22
dVdm dmrJ)m( 2
r – vzdialenosť dm od osi otáčania
Riešenie:
dhdsdrdV drds
dmrJ)m( 2 dVr
V )(
2 drdsdhrV)(
2
dhαdrdrrρJ)h,α,r(
2
h πr
r
αddhdrrρJ0
2
0
32
1
2
14
4 r
r
rρ
hh 0 πα 2
0
r1
r2
dh
ds dr
drh
πhrr
ρJ 244
41
42
2
41
42 rr
h
2
41
42
21
22
rrπh
hrrπ
mJ
222
12
1rrmJ
V
m
Príklad:
Z definície vypočítajte moment zotrvačnosti dutého valca (r1,r2,h) vzhľadom na jeho geometrickú os.
hrrV )( 21
22
dVdm dmrJ)m( 2
r – vzdialenosť dm od osi otáčania
Riešenie:
rdrπhdV 2=
dmrJ)m( 2 dVr
V )(
2 rdrhrV
2∫)(
2
drrhJr
r∫2
1
32
r1
r2
dr
h
πhrr
ρJ 244
41
42
2
41
42 rr
h
2
41
42
21
22
rrπh
hrrπ
mJ
222
12
1rrmJ
V
m
r