ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЛЕКЦИЯ 3: ТЕОРЕМА ОБ ИЗМЕНЕНИИ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. - презентация

1 ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЛЕКЦИЯ 3: ТЕОРЕМА ОБ ИЗМЕНЕНИИ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

2 1. Кинетическая энергия МС. Теорема Кенига Теорема Кинетическая энергия материальной системы в ее абсолютном движении (T) складывается из кинетической энергии T O центра масс, в предположении, что в нем сосредоточена масса всей системы, и кинетической энергии T отн системы в ее движении относительно поступательно перемещающихся в инерциальном пространстве вместе с центром масс осей. Кинетической энергией материальной системы называется сумма кинетических энергий входящих в нее точек При вычислении кинетической энергии системы полезна теорема Кенига

3 2. Доказательство теоремы Кенига Подвижные координаты (2) перемещаются поступательно относительно инерциальных осей (1) вместе с центром О масс системы.

4 3. Кинетическая энергия ТТ, движущегося поступательно кинетическая энергия ТТ, движущегося поступательно, равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости

5 4. Кинетическая энергия ТТ, вращающегося относительно оси кинетическая энергия ТТ, вращающегося вокруг неподвижной оси, равна половине произведения момента инерции тела относительно оси вращения на квадрат угловой скорости тела

6 5. Кинетическая энергия ТТ, движущегося произвольно кинетическая энергия ТТ складывается из кинетической энергии поступательного движения вместе с центром масс и кинетической энергии в его вращении относительно центра масс Теорема Кенига О Кинематика: движение тела относительно поступательно перемещающихся осей (2) представляет собой вращение с угловой скоростью В общем случае переменная величина т.к. ось вращения изменяет свое положение

7 6. Кинетическая энергия ТТ при плоском движении Ось не меняет своего положения относительно тела, поэтому момент инерции не меняется с течением времени

8 7. Пример вычисления кинетической энергии Каток К массы m 1 лежит на горизонтальной плос- кости. Каток обмотан тросом, перекинутым через блок Б радиуса r. К свободному концу троса при- креплен груз Г массы m 3. При опускании груза со скоростью v трос, разматываясь, приводит в качение без скольжения каток. Определить кинетическую энергию системы, если момент инерции блока Б относительно оси вращения равен I 2 Скорость точки касания блока с тросом равна скорости v груза Г.

9 8. Теорема об изменении кинетической энергии Дифференциальная форма теоремы об изменении кинетической энергии : дифференциал кинетической энергии системы равен сумме элементарных работ всех действующих на систему внешних и внутренних сил. Интегральная форма теоремы: изменение кинетической энергии системы при перемещении ее из какой-то начальной конфигурации в данную равно сумме работ на этом перемещении всех приложенных к системе внешних и внутренних сил

10 9. Работа сил тяжести Полная работа сил тяжести системы равна весу всей системы, умноженному на вертикальное перемещение ее центра тяжести

11 10. Работа внутренних сил твердого тела Сумма работ всех внутренних сил абсолютно твердого тела на любом его перемещении равна нулю Кинематика

12 11. Работа силы, приложенной к вращающемуся твердому телу Элементарная работа силы, приложенной к твердому телу, вращающемуся вокруг неподвижной оси, равна моменту этой силы относительно оси вращения, умноженному на дифференциал угла поворота тела Мощность:

13 12. Работа внутренних сил скольжения сочлененных тел Полная мощность внутренних сил трения скольжения двух сочлененных тел равна взятому со знаком минус произведению модуля силы трения на модуль относительной скорости. Скорость A относительно B

14 13. Работа потенциальных внутренних сил U i -потенциальная энергия внутренних сил (внутренняя энергия)

15 14. Работа потенциальных внешних сил U e -потенциальная энергия внешних сил На точку #1 действуют потенциальные внешние силы На точку #2 действуют потенциальные внешние силы На точку #n действуют потенциальные внешние силы … …

16 15. Закон сохранения полной механической энергии U e -потенциальная энергия внешних сил Допустим, что внутренние и внешние силы, работа которых отлична от нуля, потенциальны (нулю может равняться работа идеальных связей). E-полная механическая энергия системы Систему, для которой имеет место интеграл энергии, называют консервативной. интеграл энергии U i -внутренняя энергия

17 16. Пример # 1 Цилиндр катится без скольжения по наклонной плоскости. Начальная скорость равна нулю. Найти скорость центра масс цилиндра в момент времени когда он опустился на величину h. Если это тело спускается не вращаясь, имеем Следовательно, вращение уменьшает скорость

18 17. Пример # 2 Груз Г под действием силы тяжести опускается из состояния покоя вниз. Определить скорость v груза Г при опускании его на высоту h. Трением качения катка и трением на оси блока пренебречь. Связи идеальны. Внутренняя энергия равна нулю

19 18. Пример использования 2 К брусу D массы m 1 лежащему на гладкой горизонтальной плоскости, прикреплен шарнирно в точке А однородный стержень АВ, имеющий массу m 2 и длину l. Система начинает движение из состояния покоя в момент, когда стержень отклонен до горизонтального положения АВ 0. Пренебрегая трением в оси А, найти скорость v бруса в тот момент, когда стержень проходит через вертикаль. скорость С относительно А Сохранение энергии Сохранение импульса

20 19. Основные теоремы и законы сохранения Характеристика движения Основная теорема Закон сохранения Системы, для которых верен закон сохранения Количество движения (импульс) Замкнутые системы и произвольные системы с Момент количеств движения Замкнутые системы и произвольные системы с Кинетическая энергия Консервативные системы при движении по поверхности уровня и произвольные системы с Полная энергия Консервативные системы