162 6. SUDĖTINIS KŪNO JUDĖJIMAS 6.1. Slenkamųjų judėjimų ...

162 6. SUDĖTINIS KŪNO JUDĖJIMAS 6.1. Slenkamųjų judėjimų ... 162 6. SUDĖTINIS KŪNO JUDĖJIMAS 6.1. Slenkamųjų judėjimų ...

20.01.2013 Views

162 6. SUDĖTINIS KŪNO JUDĖJIMAS 6.1. Slenkamųjų judėjimų sudėtis Sudėtiniu kūno judėjimu vadinamas judėjimas, kai kūnas, judėdamas judamų ašių atžvilgiu, kartu su jomis juda dar ir nejudamų ašių atžvilgiu. Sudėtinis kūno judėjimas, kaip ir sudėtinis taško judėjimas, gali būti išskaidytas į keliamąjį, reliatyvųjį ir suminį (absoliutųjį) kūno judėjimą (žr. 3.1. skyrių). Tarkime, kad reliatyvusis kūno judėjimas yra slinkimas greičiu v 1 , o keliamasis - slinkimas greičiu v 2 , tai ir visi kūno taškai slinks tais pačiais greičiais (žr. 2.1. skyrių). Taigi pagal greičių sudėties teoremą (žr. 2.2. skyrių) visi to kūno taškai judės vienodais greičiais v = v1 + v2 , t.y. suminis (absoliutusis) kūno judėjimas bus slinkimas. Sprendžiant uždavinius, šiuo atveju pakanka išnagrinėti kūno vieno taško judėjimą (žr. 3 skyrių). 6.2. Sukimosi judėjimų sudėtis Panagrinėkime kūno, tuo pat metu besisukančio apie dvi susikertančias ašis, suminį (absoliutųjį) judėjimą. Imkime diską, kuris sukasi apie ašį OK kampiniu greičiu ω 1 ir tuo pat metu kartu su šia ašimi sukasi apie ašį OL kampiniu greičiu ω 2 (6.1 pav.). Norėdami ištirti suminį disko judėjimą, sukimosi ašyse atidėkime atkarpas OA ir OB, kurių ilgiai atitinka kampinių greičių ω 1 ir ω 2 didumus (atidedant laikomasi mastelio). Sudėkime šiuos du vektorius geometriškai pagal L B ω2 ω C r M ω1 K lygiagretainio taisyklę ir ištirkime taško C judėjimą. Šio taško judėjimas sudėtinis: jis sukasi apie ašį OK - tai reliatyvusis judėjimas - ir apie ašį OL - tai keliamasis judėjimas. Šių dviejų judėjimų suma yra absoliutusis judėjimas. Reliatyvusis taško C greitis = ω × OC , o keliamasis greitis ω 2 vr 1 vk ω2 = × OC . Kadangi dviejų vektorių O ω A 1 v vektorinės sandaugos modulis lygus dvigubam plotui trikampio (žinome iš vektorinės algebros), kurio kraštinės yra dauginamieji vektoriai, tai reliatyviojo greičio dydis lygus dvigubam trikampio OAC plotui, o keliamasis greičio dydis - 6.1 pav. dvigubam trikampio OBC plotui. Šie trikampiai lygūs, todėl vr = vk . Iš vektorinės sandaugos apibrėžimo ir 6.1 paveikslo matyti, kad vektoriai v r ir v k yra priešingų krypčių, todėl absoliutusis taško C greitis lygus nuliui. Taško O greitis taip pat lygus nuliui, nes jis yra abiejų sukimosi ašių susikirtimo taškas. Iš čia galime padaryti išvadą, kad suminis disko judėjimas yra sukimasis apie momentinę ašį, einančią per taškus O ir C. Suminio sukimosi kampinis greitis lygus sudedamų sukimosi judėjimų kampinių greičių geometrinei sumai : ω = ω + ω . 1 2

<strong>162</strong><br />

<strong>6.</strong> <strong>SUDĖTINIS</strong> <strong>KŪNO</strong> <strong>JUDĖJIMAS</strong><br />

<strong>6.</strong>1. <strong>Slenkamųjų</strong> <strong>judėjimų</strong> sudėtis<br />

Sudėtiniu kūno judėjimu vadinamas judėjimas, kai kūnas, judėdamas judamų<br />

ašių atžvilgiu, kartu su jomis juda dar ir nejudamų ašių atžvilgiu. Sudėtinis kūno<br />

judėjimas, kaip ir sudėtinis taško judėjimas, gali būti išskaidytas į keliamąjį, reliatyvųjį ir<br />

suminį (absoliutųjį) kūno judėjimą (žr. 3.1. skyrių).<br />

Tarkime, kad reliatyvusis kūno judėjimas yra slinkimas greičiu v 1 , o keliamasis -<br />

slinkimas greičiu v 2 , tai ir visi kūno taškai slinks tais pačiais greičiais (žr. 2.1. skyrių). Taigi<br />

pagal greičių sudėties teoremą (žr. 2.2. skyrių) visi to kūno taškai judės vienodais greičiais<br />

v = v1<br />

+ v2<br />

, t.y. suminis (absoliutusis) kūno judėjimas bus slinkimas. Sprendžiant<br />

uždavinius, šiuo atveju pakanka išnagrinėti kūno vieno taško judėjimą<br />

(žr. 3 skyrių).<br />

<strong>6.</strong>2. Sukimosi <strong>judėjimų</strong> sudėtis<br />

Panagrinėkime kūno, tuo pat metu besisukančio apie dvi susikertančias ašis, suminį<br />

(absoliutųjį) judėjimą. Imkime diską, kuris sukasi apie ašį OK kampiniu greičiu ω 1 ir tuo pat<br />

metu kartu su šia ašimi sukasi apie ašį OL kampiniu greičiu ω 2 (<strong>6.</strong>1 pav.). Norėdami ištirti<br />

suminį disko judėjimą, sukimosi ašyse atidėkime atkarpas OA ir OB, kurių ilgiai atitinka<br />

kampinių greičių ω 1 ir ω 2 didumus (atidedant laikomasi mastelio). Sudėkime šiuos du<br />

vektorius geometriškai pagal<br />

L<br />

B<br />

ω2<br />

ω<br />

C<br />

r<br />

M<br />

ω1<br />

K<br />

lygiagretainio taisyklę ir ištirkime taško<br />

C judėjimą. Šio taško judėjimas<br />

sudėtinis: jis sukasi apie ašį OK - tai<br />

reliatyvusis judėjimas - ir apie ašį OL -<br />

tai keliamasis judėjimas. Šių dviejų<br />

<strong>judėjimų</strong> suma yra absoliutusis<br />

judėjimas. Reliatyvusis taško C greitis<br />

= ω × OC , o keliamasis greitis<br />

ω 2<br />

vr 1<br />

vk ω2<br />

= × OC . Kadangi dviejų vektorių<br />

O ω A<br />

1<br />

v<br />

vektorinės sandaugos modulis lygus<br />

dvigubam plotui trikampio (žinome iš<br />

vektorinės algebros), kurio kraštinės yra<br />

dauginamieji vektoriai, tai reliatyviojo<br />

greičio dydis lygus dvigubam trikampio<br />

OAC plotui, o keliamasis greičio dydis -<br />

<strong>6.</strong>1 pav.<br />

dvigubam trikampio OBC plotui. Šie<br />

trikampiai lygūs, todėl vr = vk . Iš<br />

vektorinės sandaugos apibrėžimo ir <strong>6.</strong>1 paveikslo matyti, kad vektoriai v r ir v k yra priešingų<br />

krypčių, todėl absoliutusis taško C greitis lygus nuliui. Taško O greitis taip pat lygus nuliui,<br />

nes jis yra abiejų sukimosi ašių susikirtimo taškas. Iš čia galime padaryti išvadą, kad suminis<br />

disko judėjimas yra sukimasis apie momentinę ašį, einančią per taškus O ir C. Suminio<br />

sukimosi kampinis greitis lygus sudedamų sukimosi <strong>judėjimų</strong> kampinių greičių<br />

geometrinei sumai :<br />

ω = ω + ω .<br />

1<br />

2


163<br />

Momentinė sukimosi ašis OC sutampa su vektoriumi ω , t.y. su iš vektorių ω 1 ir ω 2<br />

sudaryta lygiagretainio įstrižaine. Taigi suminis kūno judėjimas yra taip pat judėjimas apie<br />

nejudamą tašką O. Todėl taip judančio kūno taškų greičiams ir pagreičiams apskaičiuoti<br />

galime taikyti 5 skyriaus formules.<br />

Be to, kūno taškų greičius galime apskaičiuoti pagal greičių sudėties teoremą<br />

(žr. 3 skyrių):<br />

v = v + v ,<br />

o pagreičius - pagal Koriolio teoremą (žr. 3 skyrių):<br />

a<br />

a<br />

k<br />

a = a + a + a .<br />

Galimi du uždavinių sprendimo būdai.<br />

k<br />

r<br />

r<br />

Pirmas būdas. Pagal žinomus keliamąjį ir reliatyvųjį kampinius greičius apskaičiuojamas<br />

suminis (absoliutusis) kampinis greitis ir toliau uždaviniai sprendžiami taip pat kaip aprašyta<br />

5 skyriuje.<br />

Antras būdas. Rekomenduojama sprendimo eiga:<br />

1) nejudama koordinačių ašių sistema parenkama taip, kad ašis z sutaptų su keliamuoju<br />

kampiniu greičiu ω 2 ir tokia judama koordinačių sistema, kad jos ašis z1 sutaptų su<br />

reliatyviuoju kampiniu greičiu ω 1 ;<br />

2) pagal žinomus keliamąjį ir reliatyvųjį kampinius greičius apskaičiuojamas suminis<br />

(absoliutusis) kampinis greitis;<br />

3) apskaičiuojami kūno ieškomo taško keliamasis ir reliatyvusis greičiai, o paskui<br />

absoliutusis šio taško greitis;<br />

4) apskaičiuojami šio taško keliamasis, reliatyvusis ir Koriolio pagreičiai, o paskui<br />

vektorinės sudėties ar projekcijų metodu apskaičiuojamas absoliutusis šio taško pagreitis.<br />

Kai kūnas tuo pat metu sukasi apie lygiagrečias ašis vienodos krypties kampiniais<br />

greičiais, jo suminis judėjimas yra momentinis sukimasis absoliučiuoju kampiniu greičiu w =<br />

w1+w2 apie momentinę sukimosi ašį, lygiagrečią su duotosiomis . Kai kampiniai greičiai yra<br />

priešingų krypčių, kūno suminis judėjimas taip pat yra momentinis sukimasis absoliučiuoju<br />

kampiniu greičiu w = w1 - w2 (jei w1>w2) apie momentinę sukimosi ašį . Kai kampiniai<br />

greičiai yra priešingų krypčių, t.y. kūnai sukasi apie dvi lygiagrečias ašis į priešingas puses<br />

vienodais greičiais w1 = w2 , kūno suminis judėjimas yra slinkimas greičiu v = w1d ( čia d -<br />

atstumas tarp ašių).<br />

Kadangi kūno sukimasis apie dvi lygiagrečias ašis yra plokščiasis judėjimas toms<br />

ašims statmenos plokštumos atžvilgiu, tai, sprendžiant uždavinius, naudojama 4 - tame<br />

skyriuje nurodyta metodika.<br />

Pavyzdžiai<br />

1. Švytuoklinio malūnėlio mechanizmo pagrindinis velenas I (<strong>6.</strong>2 pav., a) Huko šarnyru<br />

sujungtas su varančiuoju velenu II . Pagrindinio veleno I gale įtvirtintas skriejiklis III. Esant<br />

pakankamai dideliam varančiojo veleno II sūkių skaičiui n, skriejiklis prispaudžiamas prie<br />

vidinės cilindrinio indelio sienelės taip, kad skriejiklio pjūvis M1M riedėtų indeliu<br />

neslysdamas. Šio pjūvio spindulys matomas iš šarnyro centro kampu a . Kampas tarp<br />

pagrindinio veleno ir varančiojo veleno lygus d.<br />

c


164<br />

Apskaičiuokite skriejiklio sukimosi apie simetrijos ašį (velenas I) kampinį greitį, jeigu<br />

yra žinomas varančiojo veleno kampinis greitis.<br />

II<br />

ωk<br />

O<br />

δ<br />

I α<br />

M M1<br />

III<br />

ω k<br />

180 0 -δ<br />

ω r<br />

ω a α<br />

<strong>6.</strong>2 pav., a <strong>6.</strong>2 pav., b<br />

SPRENDIMAS. Skriejiklio judėjimą nagrinėkime kaip sudėtinį, susidedantį iš sukimosi apie<br />

vertikalią ašį ir iš sukimosi apie simetrijos ašį. Skriejiklio sukimasis apie vertikalią ašį<br />

(velenas II) yra keliamasis, o sukimasis apie simetrijos ašį (velenas I) - reliatyvusis.<br />

Momentinė sukimosi ašis yra linija, jungianti du nejudamus taškus O ir M<br />

(<strong>6.</strong>2 pav., a). Išilgai šios linijos OM eina absoliučiojo sukimosi kampinio greičio ω a<br />

vektorius (<strong>6.</strong>2 pav., b). Keliamojo kampinio greičio vektorius ω k nukreiptas varančiojo<br />

veleno II ašimi. Reliatyviojo sukimosi kampinio greičio vektorius ω r nukreiptas pagrindinio<br />

veleno I ašimi. Šis kampinis greitis wr yra ieškomasis kampinis greitis. Laikome, kad žiūrint į<br />

malūnėlį iš viršaus, skriejiklis sukasi pagal laikrodžio rodyklę. Tuomet keliamojo kampinio<br />

greičio ω k vektorius nukreiptas vertikaliai žemyn<br />

(<strong>6.</strong>2 pav., b). Suminis (absoliutusis) kampinis greitis<br />

ω = ω + ω .<br />

a<br />

k<br />

Šių vektorių geometrinė suma pavaizduota <strong>6.</strong>2 paveiksle, b . Iš sinusų teoremos turime:<br />

ω k<br />

=<br />

sin α sin<br />

ω k<br />

=<br />

ω<br />

sin α sin<br />

r<br />

ω<br />

r<br />

o<br />

o<br />

[ 180 − α − ( 180 − δ)<br />

]<br />

( ) .<br />

r<br />

δ − α<br />

Iš čia apskaičiuojame ieškomąjį reliatyvųjį kampinį greitį:<br />

ω<br />

= ω<br />

( δ − α)<br />

sin<br />

⋅<br />

sin α<br />

π n<br />

wk - varančiojo veleno II kampinis greitis, lygus .<br />

30<br />

r<br />

k<br />

.<br />

,


165<br />

2. Horizontali rato ašis OO1 sukasi apie vertikalią ašį z kampiniu greičiu w1 , o ratas tuo metu<br />

rieda neslysdamas horizontalia plokštuma (<strong>6.</strong>3 pav., a). Apskaičiuokite rato sukimosi apie ašį<br />

OO1 kampinį greitį w2 ir jo sukimosi apie momentinę ašį kampinį greitį w , jei rato spindulys<br />

lygus r , o atstumas OO1 = l .<br />

SPRENDIMAS. Kadangi ratas rieda neslysdamas, tai jo ir nejudamos plokštumos lietimosi<br />

taško C greitis lygus nuliui. Vadinasi, taškas C priklauso rato momentinei sukimosi ašiai.<br />

Antras tai ašiai priklausantis taškas yra nejudamas taškas O. Todėl rato momentinė sukimosi<br />

ašis nukreipta tiese OC . Šia tiese nukreiptas ir vektorius ω .<br />

Iš čia<br />

O<br />

A<br />

z<br />

l<br />

r<br />

O1<br />

C<br />

<strong>6.</strong>3 pav., a<br />

O<br />

ω 2<br />

ω 1<br />

ω r<br />

A l C<br />

<strong>6.</strong>3 pav., b<br />

Nubrėžę vektorius ω 1 , ω 2 ir ω (<strong>6.</strong>3 pav., b), iš trikampių panašumo gauname:<br />

ω<br />

ω<br />

2<br />

1<br />

OO 1<br />

= =<br />

O C<br />

1<br />

l<br />

ω = ω .<br />

2<br />

1<br />

r<br />

<strong>6.</strong>3 paveiksle, b , matome, kad:<br />

2<br />

1<br />

2<br />

2<br />

l<br />

r<br />

ω + ω = ω .<br />

Įrašę į šią lygybę w1 reikšmę, gauname:<br />

2 2<br />

ω1<br />

2<br />

.<br />

2 l ω1<br />

2 2<br />

ω = ω1<br />

+ = r + l .<br />

r r<br />

3. Kūgis A , kurio viršūnės kampas DOC = 90 o , turi nejudamą tašką O ir rieda neslysdamas<br />

nejudamu kūgiu B, kurio viršūnės kampas taip pat lygus 90 o . Judančio kūgio A pagrindo<br />

skersmuo DC = 0,4 m , taško O1 greitis pastovus ir lygus vO1 = 0,8 m/s .<br />

O1


166<br />

Apskaičiuokite kūgio A keliamąjį kampinį greitį ω k (apie ašį z), jo reliatyvųjį<br />

kampinį greitį ω r (apie simetrijos ašį OO1) ir absoliutųjį kampinį greitį ω a . Taip pat<br />

apskaičiuokite kūgio taškų D , E ir C greičius.<br />

x<br />

B<br />

z<br />

O<br />

90 0<br />

ω k<br />

90 0<br />

<strong>6.</strong>4 pav., a<br />

A<br />

O1<br />

E y<br />

C<br />

O<br />

v 01 K<br />

D<br />

C<br />

<strong>6.</strong>4 pav., b<br />

E<br />

O1<br />

<strong>6.</strong>4 pav., d<br />

v E<br />

O1<br />

K<br />

ω r<br />

ω a<br />

45 0<br />

45 0<br />

<strong>6.</strong>4 pav., c<br />

SPRENDIMAS. Taškas O1 yra reliatyvioje sukimosi ašyje OO1 ir todėl jo reliatyvusis greitis<br />

r<br />

v lygus nuliui (<strong>6.</strong>4 pav., a). Pagal greičių sudėties teoremą turime:<br />

O1<br />

Kadangi 0<br />

a<br />

O1<br />

v r<br />

O 1 = , gauname:<br />

k<br />

O1<br />

r<br />

O1<br />

v = v + v .<br />

a<br />

O1<br />

k<br />

O1<br />

v = v .<br />

Taško O1 keliamojo greičio modulis lygus jo sukimosi spindulio OO1 (iki keliamojo sukimosi<br />

ašies Oz) ir keliamojo kampinio greičio modulio sandaugai:<br />

Iš čia:<br />

k<br />

O1<br />

v = OO ⋅ ω<br />

k<br />

1<br />

a<br />

k<br />

vO<br />

1 vO<br />

1 0,<br />

8<br />

ω k = = = = 4 rad / s .<br />

OO OO 0,<br />

2<br />

1<br />

Laikant, kad taškas O1 juda prieš laikrodžio rodyklę ir žiūrint iš teigiamos ašies z<br />

krypties, vektorius ω k nukreiptas šia ašimi į viršų (<strong>6.</strong>4 pav., a , c ).<br />

Judančio kūgio taškų, susiliečiančių su nejudančio kūgio paviršiumi, greičiai lygūs<br />

nuliui (kūgis A neslysdamas rieda kūgiu B). Vadinasi, sudaromoji OC yra momentinė<br />

sukimosi ašis (absoliutusis judėjimas) ir todėl absoliutusis taško O1 greitis<br />

a<br />

O1<br />

v =<br />

O K ⋅ ω<br />

1<br />

a<br />

1<br />

;<br />

.<br />

ω k<br />

O


167<br />

čia wa - absoliutusis kampinis greitis, O1K - statmuo, nuleistas iš taško O1 į momentinę<br />

sukimosi ašį OC (<strong>6.</strong>4 pav., b).<br />

Tuomet<br />

ir<br />

O1K = OO1sin45 o = 0,2 × 0,707 = 0,141 m<br />

ω<br />

a<br />

a<br />

v O 1 v O 1 0,<br />

8<br />

= = = =<br />

O K O K 0,<br />

141<br />

1<br />

1<br />

5,<br />

66 rad / s .<br />

Įvertindami taško O1 greičio v O1<br />

kryptį (<strong>6.</strong>4 pav., a), absoliutųjį kampinį greitį a ω<br />

brėžiame iš taško C link O (<strong>6.</strong>4 pav., c). Reliatyviojo kampinio greičio kryptis sutampa su<br />

tiese OO1. Iš vektoriaus ω a , kaip lygiagretainio įstrižainės, brėžiame kampinių greičių<br />

lygiagretainį (<strong>6.</strong>4 pav., c)<br />

ω<br />

a<br />

= ω<br />

k<br />

+ ω<br />

r<br />

iš kurio matome, kad wr = wk = 4 rad/s . Apskaičiuokime kūgio taškų D , E , C greičius<br />

nurodytu pirmu būdu.<br />

Taško C greitis lygus nuliui vc = 0 , nes šis taškas yra momentinėje sukimosi ašyje ir<br />

liečiasi su nejudamo kūgio B šoniniu paviršiumi.<br />

Apskaičiuokime taško D greitį. Taško D greitis yra lygus absoliučiojo kampinio<br />

greičio wa ir statmens, nuleisto iš taško D į momentinę sukimosi ašį OC (<strong>6.</strong>4 pav., b),<br />

sandaugai:<br />

,<br />

vD = OD × wa = DCcos45 o × 5,66 = 0,4 × 0,707 × 5,66 = 1,6 m/s .<br />

Taško D greičio v D kryptis yra statmuo, nuleistas į plokštumą ODC .<br />

Apskaičiuojame taško E greitį. <strong>6.</strong>4 paveiksle, d , pavaizduota plokštuma O1EK yra<br />

statmena momentinei sukimosi ašiai OC ir eina kūgio pagrindo skersmeniu O1E . Iš<br />

<strong>6.</strong>4 paveikslo, d , matyti, kad statmuo, nuleistas iš taško E į momentinę sukimosi ašį OC ,<br />

Tuomet taško E greitis<br />

EK<br />

=<br />

O<br />

1<br />

K<br />

2<br />

+ EO<br />

2<br />

1<br />

=<br />

0,<br />

141<br />

2<br />

+<br />

0,<br />

2<br />

vE = EK × wa = 0,245 × 5,66 = 1,39 m/s .<br />

2<br />

=<br />

0,<br />

245 m .<br />

Šio greičio vektorius v E yra plokštumoje O1EK ir yra statmenas tiesei EK (<strong>6.</strong>4 pav., d).<br />

4. Pasinaudoję 3 pavyzdžio sąlyga ir gautų atsakymų duomenimis, apskaičiuokite kūgio A<br />

suminį (absoliutųjį) kampinį pagreitį ea , taip pat taškų O1 , D , C pagreičius dviem būdais<br />

(<strong>6.</strong>5 pav., a). DC = 0,4 m , vO1 = 0,8 m/s , wr = wk = 4 rad/s , wa = 5,66 rad/s .<br />

SPRENDIMAS. Suminio sukimosi kampinį pagreitį ea galima apskaičiuoti, panaudojant<br />

kampinių greičių geometrinės sudėties teoremą:<br />

ω = ω + ω .<br />

a<br />

Apskaičiavę šios lygybės abiejų pusių išvestines laiko atžvilgiu, gauname:<br />

k<br />

r


dω k<br />

Šiame pavyzdyje = 0 ,<br />

dt<br />

Iš čia:<br />

dω<br />

dt<br />

168<br />

dω<br />

dt<br />

dω<br />

dt<br />

d′<br />

ω<br />

dt<br />

k r k r<br />

ε a = + = + + ωk<br />

× ωr<br />

.<br />

ε<br />

a<br />

= ω<br />

d ′ ωr<br />

=<br />

dt<br />

k<br />

× ω<br />

r<br />

0 ,<br />

.<br />

todėl<br />

ea = wk × wr × sin90 o = 4 × 4 = 16 rad/s .<br />

Kampinio pagreičio vektorius ε a nukreiptas teigiama x ašies kryptimi<br />

(<strong>6.</strong>5 pav., a). Taško O1 pagreitį apskaičiuojame dviem būdais.<br />

x<br />

ε a<br />

B<br />

z<br />

ω k<br />

O 90 0<br />

90 0<br />

A<br />

<strong>6.</strong>5 pav., a<br />

O1<br />

E<br />

D<br />

C<br />

v 01<br />

y<br />

a 01<br />

v<br />

O<br />

i<br />

a 01<br />

v<br />

K<br />

<strong>6.</strong>5 pav., b<br />

Pirmas būdas. Taško O1 , priklausančio kietam kūnui, besisukančiam apie nejudamą<br />

tašką O , pagreitis<br />

jo modulis<br />

O1<br />

Sukamasis taško O1 pagreitis<br />

S<br />

O1<br />

i<br />

O1<br />

a = a + a .<br />

S<br />

O1<br />

a = ε × OO ,<br />

a<br />

1<br />

s<br />

a 01<br />

v<br />

D<br />

O1<br />

C


a<br />

S<br />

O1<br />

S<br />

O1<br />

= ε<br />

a<br />

⋅OO<br />

169<br />

Šio pagreičio vektorius a yra statmenas a<br />

z ašimi į viršų (<strong>6.</strong>5 pav., a , b).<br />

Įcentrinis pagreitis<br />

i<br />

1<br />

= 16⋅<br />

0,<br />

2 =<br />

ε ir 1<br />

3,<br />

2 m / s<br />

a O 1 = ωa<br />

× v = ωa<br />

× ( ωa<br />

× O 1K),<br />

a<br />

i<br />

O 1<br />

= ω<br />

2<br />

a<br />

⋅O<br />

K = 5,<br />

66<br />

1<br />

2<br />

2<br />

;<br />

OO plokštumai, t.y. jis nukreiptas<br />

⋅ 0,<br />

141 =<br />

4,<br />

51 m / s<br />

čia O1K yra statmuo, nuleistas iš taško O1 į momentinę sukimosi ašį OC (žr. <strong>6.</strong>4 pav., b). Šio<br />

i<br />

pagreičio vektorius a O1<br />

yra nukreiptas statmenai momentinei sukimosi ašiai, t.y. iš taško O1<br />

link K (<strong>6.</strong>5 pav., b).<br />

S i<br />

Iš <strong>6.</strong>5 pav., b , matome, kad kampas tarp vektorių a ir a lygus 135 o . Tada taško<br />

O1 pagreitis<br />

čia<br />

k<br />

O1<br />

r<br />

O1<br />

c<br />

O1<br />

a<br />

O 1<br />

= a<br />

S<br />

O1<br />

=<br />

3,<br />

2 m / s<br />

Antras būdas. Taško O1 pagreitis pagal Koriolio teoremą (žr. 3 skyrių)<br />

O1<br />

k<br />

O1<br />

r<br />

O1<br />

2<br />

.<br />

c<br />

O1<br />

a = a + a + a ,<br />

a - keliamojo sukimosi apie ašį z pagreitis,<br />

a - reliatyviojo sukimosi apie ašį OO1 pagreitis,<br />

a - Koriolio pagreitis.<br />

Keliamasis pagreitis<br />

k<br />

O1<br />

O1<br />

O1<br />

a nukreiptas iš taško O1 link O ir jo modulis<br />

a<br />

k<br />

O 1<br />

= ω<br />

2<br />

k<br />

⋅OO<br />

1<br />

= 4<br />

2<br />

⋅ 0,<br />

2 =<br />

3,<br />

2 m / s<br />

Reliatyvusis taško O1 pagreitis lygus 1 0 , nes taškas O<br />

kurią reliatyviuoju judėjimu sukasi kūgis A. Koriolio pagreitis<br />

nes O 1 = 0 (žr. <strong>6.</strong>4 pav.).<br />

Taigi taško O1 pagreitis<br />

v r<br />

a<br />

a<br />

c<br />

O 1<br />

O1<br />

= 2ω<br />

= a<br />

k<br />

k<br />

O1<br />

⋅ v<br />

=<br />

2<br />

.<br />

a r<br />

O = 1 yra ašyje OO1 , apie<br />

r<br />

O 1<br />

sin ϕ =<br />

3,<br />

2 m / s<br />

Apskaičiuojame taško C pagreitį.<br />

Pirmas būdas. Taško C pagreitis lygus sukamojo ir įcentrinio pagreičių geometrinei<br />

sumai:<br />

2<br />

.<br />

0 ,<br />

2<br />

,


jo modulis<br />

Sukamasis pagreitis<br />

a<br />

c<br />

= a<br />

s<br />

c<br />

s<br />

a c = εa<br />

a<br />

s<br />

c<br />

= ε<br />

a<br />

+ a<br />

i<br />

c<br />

× r,<br />

170<br />

.<br />

⋅OC<br />

⋅ sin 90<br />

o<br />

= 16⋅<br />

0,<br />

2 2 = 4,<br />

51 m / s<br />

s<br />

Šio pagreičio vektorius a c yra plokštumoje OO1C , statmenas kampiniam pagreičiui<br />

ε ir su tiese OC sudaro statų kampą (<strong>6.</strong>5 pav., c).<br />

a<br />

O O1<br />

D D<br />

C<br />

<strong>6.</strong>5 pav., c<br />

v<br />

a = a<br />

c<br />

Įcentrinis taško C pagreitis lygus nuliui s = 0 , nes taškas C yra momentinėje<br />

sukimosi ašyje OC . Todėl taško C pagreitis lygus sukamajam pagreičiui:<br />

a<br />

c<br />

= a<br />

s<br />

c<br />

=<br />

4,<br />

51 m / s<br />

Antras būdas. Pagal Koriolio teoremą taško C pagreitis<br />

c<br />

k<br />

c<br />

r<br />

c<br />

c<br />

c<br />

a = a + a + a .<br />

Keliamasis taško C pagreitis yra lygus sukimosi apie ašį z kampiniu greičiu wk<br />

pagreičiui:<br />

a<br />

k<br />

c<br />

2<br />

k<br />

a i<br />

2<br />

.<br />

o<br />

2<br />

= ω ⋅OC<br />

sin 45 = 4 ⋅ 0,<br />

2 ⋅ 2 ⋅ 0,<br />

71 = 3,<br />

2 m / s .<br />

k<br />

Keliamasis pagreitis a c yra lygiagretus su y ašimi (<strong>6.</strong>5 pav., d), t.y. jis eina iš taško C link<br />

keliamojo sukimosi ašies z .<br />

Reliatyvusis taško C pagreitis yra lygus sukimosi apie ašį y kampiniu greičiu wr<br />

pagreičiui:<br />

a<br />

r<br />

c<br />

s<br />

c<br />

2<br />

r<br />

= ω ⋅O<br />

C = 4 ⋅ 0,<br />

2 = 3,<br />

2<br />

1<br />

2<br />

m / s<br />

r<br />

Šio pagreičio vektorius a c nukreiptas iš taško C link O1 (<strong>6.</strong>5 pav., d).<br />

Koriolio pagreitis<br />

O<br />

k<br />

ac v<br />

r<br />

ac v<br />

2<br />

O1<br />

C<br />

<strong>6.</strong>5 pav., d<br />

.<br />

2<br />

ac v<br />

.<br />

c<br />

a c<br />

v<br />

k<br />

ac v<br />

2


Kadangi vektoriai k<br />

a<br />

c<br />

c<br />

r<br />

c<br />

= 2ω<br />

r<br />

k<br />

⋅ v<br />

r<br />

c<br />

v = ω ⋅CO<br />

ω ir r<br />

c<br />

171<br />

sin 90<br />

1<br />

.<br />

o<br />

= 2 ⋅ 4 ⋅ 4 ⋅ 0,<br />

2 ⋅1<br />

= 6,<br />

4 m / s<br />

v yra tarpusavyje statmeni (žr. 3 skyrių), tai, pasukę<br />

vektorių 90 o kampu wk sukimosi kryptimi, gauname, kad Koriolio pagreitis (<strong>6.</strong>5 pav., d),<br />

nukreiptas teigiama y ašies kryptimi.<br />

Iš <strong>6.</strong>5 pav., d , matome, kad taško C pagreitis<br />

a<br />

c<br />

=<br />

r 2 c k 2 2<br />

2<br />

2<br />

( a ) + ( a − a ) = 3,<br />

2 + ( 6,<br />

4 − 3,<br />

2)<br />

= 4,<br />

51 m / s .<br />

c<br />

Apskaičiuojame taško D pagreitį.<br />

Pirmas būdas. Taško D, priklausančio kietam kūnui, besisukančiam apie nejudamą<br />

tašką O , pagreitis<br />

jo modulis<br />

a<br />

D<br />

= a<br />

s<br />

D<br />

+ a<br />

Sukamasis pagreitis apskaičiuojamas pagal formulę<br />

a D<br />

v<br />

O<br />

i<br />

D<br />

O1<br />

a v<br />

s<br />

a D<br />

v<br />

D<br />

C<br />

<strong>6.</strong>5 pav., e<br />

s<br />

a D = εa<br />

a<br />

s<br />

D<br />

= ε<br />

a<br />

× r,<br />

i<br />

D<br />

.<br />

c<br />

c<br />

⋅OD<br />

= 16⋅<br />

0,<br />

2 2 = 4,<br />

51 m / s .<br />

a v<br />

c<br />

aD v<br />

k<br />

aD v<br />

D<br />

O O1<br />

2<br />

D<br />

r<br />

aD v<br />

C<br />

<strong>6.</strong>5 pav., f<br />

s<br />

Sukamojo pagreičio vektorius a D yra statmenas atkarpai OD (<strong>6.</strong>5 pav., e).<br />

Įcentrinis pagreitis lygus:<br />

Šio pagreičio vektorius<br />

Taško D pagreitis<br />

a<br />

i<br />

D<br />

2<br />

a<br />

= ω ⋅OD<br />

= 5,<br />

66<br />

2<br />

⋅ 0,<br />

2 2 = 9,<br />

02 m / s<br />

i<br />

a D nukreiptas iš D link O (<strong>6.</strong>5 pav ., e).<br />

2<br />

.<br />

2<br />

,<br />

r<br />

v c


a<br />

D<br />

=<br />

172<br />

s 2 i 2<br />

2 2<br />

2<br />

( a ) + ( a ) = 4,<br />

51 + 9,<br />

02 = 10,<br />

1 m / s .<br />

Antras būdas. Pagal Koriolio teoremą taško D pagreitis<br />

Keliamasis pagreitis<br />

D<br />

k<br />

D<br />

D<br />

r<br />

D<br />

D<br />

c<br />

D<br />

a = a + a + a .<br />

Jis nukreiptas iš taško D link z ašies (<strong>6.</strong>5 pav., f).<br />

Reliatyvusis pagreitis<br />

a<br />

a<br />

k<br />

D<br />

r<br />

D<br />

2<br />

k<br />

o<br />

2<br />

= ω ⋅ OD sin 45 = 4 ⋅ 0,<br />

2 2 ⋅ 0,<br />

71 = 3,<br />

2 m / s .<br />

2<br />

r<br />

1<br />

2<br />

= ω ⋅ O D = 4 ⋅ 0,<br />

2 = 3,<br />

2 m / s<br />

Jis nukreiptas iš taško D link O1 (<strong>6.</strong>5 pav., f). Koriolio pagreitis<br />

a<br />

c<br />

D<br />

= 2ω<br />

k<br />

v<br />

r<br />

D<br />

sin 90<br />

r<br />

čia v D = ω ⋅O<br />

D ,<br />

r 1<br />

r<br />

D<br />

projektuojamas tašku). Kadangi vektoriai ω k ir<br />

o<br />

2<br />

= 2 ⋅ 4 ⋅ 4 ⋅ 0,<br />

2 =<br />

.<br />

6,<br />

4 m / s<br />

v vektorius yra statmenas plokštumai OCD (<strong>6.</strong>5 pav., f ,<br />

r<br />

v D yra tarpusavyje statmeni<br />

ω sukimosi kryptimi, gauname, kad<br />

r<br />

(žr. 3 skyrių), tai, pasukę v D vektorių 90 o kampu k<br />

Koriolio pagreitis nukreiptas neigiama y ašies kryptimi (<strong>6.</strong>5 pav., f). Jo kryptis sutampa su<br />

a kryptimi, todėl taško D pagreitis<br />

k<br />

D<br />

a<br />

D<br />

r 2 k c 2 2<br />

2<br />

2<br />

( a ) + ( a + a ) = 3,<br />

2 + ( 3,<br />

2 + 6,<br />

4)<br />

= 10,<br />

1 m / s<br />

= .<br />

D<br />

D<br />

D<br />

2<br />

;<br />

2

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!