MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Podobne dokumenty
MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

MECHANIKA OGÓLNA (II)

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

KINEMATYKA I DYNAMIKA CIAŁA STAŁEGO. dr inż. Janusz Zachwieja wykład opracowany na podstawie literatury

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Podstawy fizyki sezon 1 V. Ruch obrotowy 1 (!)

będzie momentem Twierdzenie Steinera

R o z d z i a ł 4 MECHANIKA CIAŁA SZTYWNEGO

STEREOMETRIA CZYLI GEOMETRIA W 3 WYMIARACH

MECHANIKA 2 Wykład 7 Dynamiczne równania ruchu

v 6 i 7 j. Wyznacz wektora momentu pędu czaski względem początku układu współrzędnych.

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

1. K 5 Ruch postępowy i obrotowy ciała sztywnego

PF11- Dynamika bryły sztywnej.

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

MECHANIKA 2. Praca, moc, energia. Wykład Nr 11. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

12 RUCH OBROTOWY BRYŁY SZTYWNEJ I. a=εr. 2 t. Włodzimierz Wolczyński. Przyspieszenie kątowe. ε przyspieszenie kątowe [ ω prędkość kątowa

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Rok akademicki 2005/2006

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Ciało sztywne i moment bezwładności Ciekawe przykłady ruchu obrotowego Dynamika ruchu obrotowego Kinematyka ruchu obrotowego Obliczanie momentu

Materiały pomocnicze 5 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

R o z w i ą z a n i e Przy zastosowaniu sposobu analitycznego należy wyznaczyć składowe wypadkowej P x i P y

WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI CIAŁ METODĄ WAHADŁA FIZYCZNEGO GRAWITACYJNEGO I SPRAWDZANIE TWIERDZENIA STEINERA ĆWICZENIE

4.1. Modelowanie matematyczne

VII.1 Pojęcia podstawowe.

Opis ruchu obrotowego

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXIII: Przypomnienie: statyka

Etap 1. Rysunek: Układy odniesienia

Mechanika teoretyczna

RÓWNANIE DYNAMICZNE RUCHU KULISTEGO CIAŁA SZTYWNEGO W UKŁADZIE PARASOLA

R o z d z i a ł 2 KINEMATYKA PUNKTU MATERIALNEGO

PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ. 1

Pytania do spr / Własności figur (płaskich i przestrzennych) (waga: 0,5 lub 0,3)

Bryła sztywna Zadanie domowe

MECHANIKA 2 Wykład Nr 9 Dynamika układu punktów materialnych

ODLEGŁOŚĆ NA PŁASZCZYŹNIE - SPRAWDZIAN

Ruch płaski. Bryła w ruchu płaskim. (płaszczyzna kierująca) Punkty bryły o jednakowych prędkościach i przyspieszeniach. Prof.

11. Znajdż równanie prostej prostopadłej do prostej k i przechodzącej przez punkt A = (2;2).

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

Mechanika. Wykład nr 2 Wypadkowa dowolnego układu sił. Równowaga. Rodzaje sił i obciążeń. Wyznaczanie reakcji.

Zestaw Obliczyć objętość równoległościanu zbudowanego na wektorach m, n, p jeśli wiadomo, że objętość równoległościanu zbudowanego na wektorach:

Geometria wykreślna. 5. Obroty i kłady. Rozwinięcie wielościanu. dr inż. arch. Anna Wancław. Politechnika Gdańska, Wydział Architektury

Zadanie I. 2. Gdzie w przestrzeni usytuowane są punkty (w której ćwiartce leży dany punkt): F x E' E''

Definicja obrotu: Definicja elementów obrotu:

Kinematyka: opis ruchu

Mechanika Teoretyczna Kinematyka

w jednym kwadrat ziemia powietrze równoboczny pięciobok

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

KORESPONDENCYJNY KURS PRZYGOTOWAWCZY Z MATEMATYKI

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Bryła sztywna. Fizyka I (B+C) Wykład XXI: Statyka Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

Podstawy fizyki wykład 4

A. fałszywa dla każdej liczby x.b. prawdziwa dla C. prawdziwa dla D. prawdziwa dla

Podstawowe pojęcia geometryczne

Ruch obrotowy bryły sztywnej. Bryła sztywna - ciało, w którym odległości między poszczególnymi punktami ciała są stałe

Dynamika ruchu postępowego, ruchu punktu materialnego po okręgu i ruchu obrotowego bryły sztywnej

Kinematyka: opis ruchu

GEOMETRIA ANALITYCZNA. Poziom podstawowy

Stożkiem nazywamy bryłę obrotową, która powstała przez obrót trójkąta prostokątnego wokół jednej z jego przyprostokątnych.

Geometria analityczna - przykłady

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

10 K A T E D R A FIZYKI STOSOWANEJ

GEOMETRIA PRZESTRZENNA (STEREOMETRIA)

Grafika inżynierska geometria wykreślna. 5a. Obroty i kłady. Rozwinięcie wielościanu.

Praca domowa nr 2. Kinematyka. Dynamika. Nieinercjalne układy odniesienia.

Podstawy fizyki wykład 4

Rachunek całkowy - całka oznaczona

Wyznaczanie momentów bezwładności brył sztywnych metodą zawieszenia trójnitkowego

Bryła sztywna. zbiór punktów materialnych utrzymujących stałą odległość między sobą. Deformująca się piłka nie jest bryłą sztywną!

Krzywe stożkowe Lekcja II: Okrąg i jego opis w różnych układach współrzędnych

Klasa III technikum Egzamin poprawkowy z matematyki sierpień I. CIĄGI LICZBOWE 1. Pojęcie ciągu liczbowego. b) a n =

Wydział Inżynierii Środowiska; kierunek Inż. Środowiska. Lista 2. do kursu Fizyka. Rok. ak. 2012/13 sem. letni

I. DYNAMIKA PUNKTU MATERIALNEGO

Geometria. Rozwiązania niektórych zadań z listy 2

PYTANIA TEORETYCZNE Z MATEMATYKI

Tematy: zadania tematyczne

Rozwiązania zadań. Arkusz maturalny z matematyki nr 1 POZIOM PODSTAWOWY

Politechnika Warszawska Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Instytut Podstaw Budowy Maszyn Zakład Mechaniki

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Tematy zadań do rozwiązania przy użyciu modułu symulacji dynamicznej programu Autodesk Inventor

Wstęp. Ruch po okręgu w kartezjańskim układzie współrzędnych

2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

Mechanika. Wykład 2. Paweł Staszel

Rozwiązania zadań egzaminacyjnych (egzamin poprawkowy) z Mechaniki i Szczególnej Teorii Względności

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Opracowanie tablic: Adam Konstantynowicz, Anna Konstantynowicz, Kaja Mikoszewska

Geometria analityczna

Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Organizacji i Zarządzania Katedra Podstaw Systemów Technicznych

MECHANIKA 2. Zasady pracy i energii. Wykład Nr 12. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Bryła sztywna. Wstęp do Fizyki I (B+C) Wykład XIX: Prawa ruchu Moment bezwładności Energia ruchu obrotowego

Przykładowy zestaw zadań nr 2 z matematyki Odpowiedzi i schemat punktowania poziom rozszerzony

Mechanika bryły sztywnej

1. ANALIZA KINAMATYCZNA PŁASKICH UKŁADÓW PRĘTOWYCH

Kryteria oceniania z matematyki Klasa III poziom podstawowy

Transkrypt:

MECHANIKA 2 Wykład Nr 3 KINEMATYKA Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Pojęcie Ruchu Płaskiego Rys.1 Ruchem płaskim ciała sztywnego nazywamy taki ruch, w którym wszystkie punkty ciała poruszają się w płaszczyznach równoległych do pewnej płaszczyzny Π, zwanej płaszczyzną kierującą (Rys. 1). Przez ciało sztywne prowadzimy prostą l prostopadłą do płaszczyzny Π.

Opis Ruchu Przekroju Bryły Po Płaszczyźnie Kierującej Własności: Podczas dowolnego ruchu ciała prosta l porusza się ruchem postępowym i jest stale prostopadła do Π. Podczas ruchu obrotowego ciała wokół prostej l punkty leżące na prostej równoległej do l mają te same prędkości i przyspieszenia. Rys.1 Wniosek! Ruch płaski jest określony, jeżeli znamy ruch przekroju bryły po płaszczyźnie kierującej.

Opis Ruchu Przekroju Bryły Po Płaszczyźnie Kierującej Bryła wykonuje ruch płaski. Przekrój bryły S porusza się po płaszczyźnie rysunku z położenia I do II. I sposób (linia czerwona): Ruch postępowy przekroju z położenia I do I A ; Obrót przekroju dookoła A 1 o kąt φ. II sposób (linia niebieska): Ruch postępowy przekroju z położenia I do I B ; Obrót przekroju dookoła B 1 o kąt φ. Rys. 2

Opis Ruchu Przekroju Bryły Po Płaszczyźnie Kierującej Twierdzenie W ruchu płaskim możemy przeprowadzić bryłę z położenia początkowego do położenia końcowego za pomocą ruchu postępowego oraz obrotowego dookoła osi prostopadłej do płaszczyzny kierującej i przechodzącej przez obrany biegun.

Obieramy punkty A i B danego przekroju (w położeniu I). Punkty te po wykonaniu ruchu zajmą położenie A 1 i B 1. Znajdujemy punkt C przecięcia się symetralnych odcinków AA 1 i BB 1. Widzimy, że ruch przekroju dokonał się za pomocą obrotu dookoła punktu C. Środek Obrotu Zastępczego Taki punkt nazywamy środkiem obrotu zastępczego (Rys. 3). Rys. 3

Środek Obrotu Chwilowego Punkty AB i A 1 B 1 obieramy nieskończenie blisko siebie. Ruch w nieskończenie krótkim czasie nazywamy ruchem chwilowym. Rys. 4 Ruch chwilowy przekroju po płaszczyźnie kierującej jest obrotem chwilowym dookoła punktu S zwanego środkiem obrotu chwilowego.

Środek Obrotu Chwilowego Własność! Środek S obrotu chwilowego leży w punkcie przecięcia się normalnych do torów punktów A i B (rys. 4). Rys. 4

Oś Obrotu Chwilowego Osią obrotu chwilowego nazywamy prostą przechodzącą przez środek obrotu chwilowego S i prostopadłą do płaszczyzny kierującej. Wokół tej osi dokonuje się również ruch chwilowy. Rys. 4

Centroidy i Aksoidy Punkty A 1 i B 1 poruszają się w płaszczyźnie po torach odpowiednio 1 i 2 (Rys. 5). S 1, S 2, S 3, środki obrotów chwilowych odpowiednio w położeniach I, II, III, Centroidą stałą C s nazywamy miejsce geometryczne środków chwilowych S i na płaszczyźnie stałej. Rys. 5

Centroidy i Aksoidy Przenieśmy teraz odcinki A 2 B 2, A 3 B 3, A 4 B 4, do odcinka A 1 B 1 (Rys. 5). Wierzchołki S 2, S 3, S 4, trójkątów A 2 B 2 S 2, A 3 B 3 S 3, A 4 B 4 S 4 znajdą się w położeniach S 2, S 3, S 4, Rys. 5 Centroidą ruchomą C r nazywamy miejsce geometryczne środków chwilowych S i na płaszczyźnie ruchomej, związanej z poruszającym się układem.

Centroidy i Aksoidy Aksoidą stałą nazywamy miejsce geometryczne osi obrotów chwilowych w układzie stałym (związanym z płaszczyzną kierującą). Jest to powierzchnia walcowa. Aksoidą ruchomą nazywamy miejsce geometryczne osi obrotów chwilowych w układzie ruchomym (związanym z poruszającą się bryłą). Jest to również powierzchnia walcowa.

Przewodnie prędkości i przyspieszeń Przewodnią prędkości (przyspieszeń) punktów poruszającego się ciała nazywamy linię, na której leżą końce wektorów ich prędkości (przyspieszeń). Przewodnią jest prosta.

Przewodnie prędkości i przyspieszeń v ρ v ρ D Jak znaleźć mając dane v ρ i? Końce wektorów prędkości punktów A i B dzielą przewodnią na odcinki proporcjonalne do odległości między nimi. D A v ρ B

Równania Ruchu Płaskiego Przyjmijmy układ współrzędnych x, y, związany z płaszczyzną kierującą. Na ruchomym przekroju S obierzmy dowolny biegun A jako początek ruchomego układu współrzędnych ξ, χ, związanego z poruszającym się przekrojem. r ρ i wektor położenia dowolnego punktu P w układzie stałym x, y. ρ wektor położenia punktu P i w układzie ruchomym ξ, χ. Rys. 3 r ρ A wektor położenia bieguna A w układzie stałym. Uwaga! ρ ρ ρ ρ r i = r i (t) i = i ( t) ρ ρ r A = r A (t) ρ i = const.

Równania Ruchu Płaskiego ϕ = ϕ(t) kąt zawarty między osią x a osią ξ. Położenie układu ruchomego względem układu stałego: x = x (t) y = y (t) A A A A ϕ = ϕ(t)

Równania Ruchu Płaskiego Kinematyczne RÓWNANIA RUCHU PŁASKIEGO w postaci wektorowej Uwzględniając rzuty tych wektorów otrzymamy RÓWNANIA RUCHU PUNKTU P.

Prędkość w ruchu Płaskim Prędkość punktu P przekroju poruszającego się po płaszczyźnie kierującej: prędkość punktu P przekroju prędkość obranego bieguna A, jednakowa w danej chwili dla wszystkich punktów przekroju. Jest to prędkość ruchu postępowego. Prędkość końca wektora A: ρ ρ i wskutek obrotu przekroju wokół bieguna

Prędkość w ruchu Płaskim Wektor prędkości dowolnego punktu przekroju: Prędkość dowolnego punktu w ruchu płaskim jest więc sumą geometryczną prędkości ruchu postępowego i prędkości ruchu obrotowego dookoła obranego bieguna.

Przyspieszenie w Ruchu Płaskim Przyspieszenie jest równe pochodnej wektora prędkości względem czasu: czyli ρ ρ ρ ρ ρ ρ 2 ρ Iloczyn wektorowy ω ( ω ) = ω( ω ) ω i i i, lecz w przypadku ruchu płaskiego wektory ω ρ i ρ są stale do siebie i prostopadłe, a więc ( ω ρ ρ co upraszcza równanie do i ) = 0 postaci

Przyspieszenie w Ruchu Płaskim gdzie przyspieszenie punktu A w ruchu postępowym przyspieszenie styczne punktu P pochodzące od obrotu ciała wokół punktu A. przyspieszenie normalne punktu P pochodzące od obrotu ciała wokół punktu A.

Przykład 1 Pręt AB o długości l umocowany jest poziomo na kołach o promieniach r tak, jak na Rys. 7. Koło o środku O obraca się ze stałą prędkością kątową ω. Znaleźć prędkość oraz przyspieszenie punktu B.

Obieramy układ współrzędnych x i y oraz ξ i χ tak, jak na rysunku. Oxy układ nieruchomy; Aξχ układ ruchomy. Wtedy ROZWIĄZANIE

ROZWIĄZANIE r ρ B = V ρ B = V B = a ρ B = a B =

Przykład 2 Obliczyć prędkość kątową pręta AB oraz prędkość liniową punktu B mechanizmu korbowo-wodzikowego w chwili gdy φ 1 = 60. Walec toczy się bez poślizgu po poziomej płaszczyźnie odległej od osi OB o promień walca 0,5 d. Dane: OA = d, AB = d 3, ω 1 = const. d d 3 ½d

Ponieważω 1 = const, więc ROZWIĄZANIE Równania ruchu punktu B: Należy znaleźć zależność pomiędzy kątami φ 1 i φ 2! d d 3 ½d

ROZWIĄZANIE Skorzystamy z twierdzenia sinusów: A zatem:

ROZWIĄZANIE Prędkość kątowa pręta AB jest równa: Równanie ruchu punktu B:

Prędkość liniowa punktu B: Dla φ 1 = 60 :

Przykład 3 Toczenie się walca po powierzchni v O v v v v v v + = v O ω v v 2 O v ω 2v v 2 r. postępowy + r. obrotowy = r. płaski ω = v/r

Przykład 3 Toczenie się walca po powierzchni v obr = v obr P r 1 v α O v obr prędkość punktu P w ruchu obrotowym

Przykład 3 Toczenie się walca po powierzchni

Przykład 4 Walec o promieniu r toczy się bez poślizgu po wewnętrznej stronie nieruchomej powierzchni walcowej o promieniu R, wprowadzony w ruch za pomocą korby OA. Prędkość kątowa korby wynosi ω 1. Znaleźć: Dane: r, R, ω 1. prędkości liniowe punktów A, B i D; prędkość i przyspieszenie liniowe walca.

ROZWIĄZANIE Korzystając z poprzedniego zadania: v D ω 2 v A

Przykład 5 Dla układu przedstawionego na rysunku obliczyć prędkości i przyspieszenia punktów A i B. Dane: OA = R, AB = L, H,ω 0,ε 0.

ROZWIĄZANIE

Wielkości pomocnicze: Ponieważ rzuty prędkości dwóch punktów ciała sztywnego na prostą łączącą te punkty są sobie równe, zatem:

Obliczmy najpierw przyspieszenie punktu A:

Przyjmujemy, że pręt AB porusza się ruchem postępowym oraz obrotowym wokół punktu A. a ρ Niech punktu A. BA przyspieszenie pręta AB w ruchu obrotowym wokół a ρ A przyspieszenie pręta AB w ruchu postępowym. Zatem:

Prędkość kątowa pręta AB (w ruchu obrotowym względem punktu A): Ponieważ nie znamy przyspie-szeniaε 1, nie obliczymy a tba. Zatem wykorzystamy fakt, iż punkt B porusza się po linii poziomej. Zatem a B ma również kierunek poziomy.

Suma rzutów na oś x: Suma rzutów na oś y:

Przykład 6 Oblicz prędkość punktów B i D płyty o kształcie trójkąta prostokątnego równoramiennego ABD mechanizmu pokazanego na rysunku. Dane: OA = AB = r,ω=const.

Współrzędne punktu B: ROZWIĄZANIE Współrzędne punktu D:

Prędkości punktów B i D obliczamy różniczkując odpowiednie współrzędne: Prędkość kątowa płyty ABD:

Przykład 7 Krążek o promieniu R toczy się bez poślizgu po płaszczyźnie poziomej z prędkością kątową ω(t). W punkcie A znajdującym się w odległości r od środka tarczy 0 zamocowano przegubowo sztywny pręt o długości 2R, którego drugi koniec B porusza się po płaszczyźnie poziomej. Znaleźć prędkość chwilową punktu B dla położenia pokazanego na rysunku. Dane: OA = r, R,ω(t)

ROZWIĄZANIE Obieramy kąt pomocniczyα. Wtedy: Prędkość punktu 0: Prędkość punktu A:

Obieramy pomocniczy kątβ. Wykorzystamy regułę rzutów:

Skorzystamy ze wzoru trygonometrycznego: Dodatkowo: Zatem: Wstawiając do reguły rzutów:

Przykład 8 Pręt AB o długości l, przymocowany przegubowo w punkcie A na obwodzie tarczy kołowej o promieniu R, zakończony wodzikiem B, który przesuwa się po torze pionowym. Tarcza toczy się bez poślizgu, a prędkość jejśrodka wynosi v 0 = const. Oblicz prędkość chwilową punktu B. Dane: OA = R, l, v 0.

ROZWIĄZANIE

Wykorzystamy regułę rzutów: Wzór trygonometryczny: Wtedy: Podstawiając otrzymujemy:

Przykład 9 W mechanizmie epicykloidalnym korba OA obraca się z prędkością kątowąω 0 i wprawia w ruch koło I o promieniu r, które jest zazębione z kołem II o promieniu 2r. Z kołem I jest na sztywno połączone koło III o promieniu 2r. Jaka powinna być prędkość kątowa ω II koła II, aby punkt C koła III był nieruchomy? Dane: r,ω 0. B

ROZWIĄZANIE 1. Ruch układu wyłącznie pod wpływem korby OA (dlaω II = 0):

2. Ruch układu wyłącznie pod wpływem ruchu obrotowego koła II (dlaω 0 = 0): Aby punkt C był nieruchomy, jego prędkość liniowa musi być równa zeru: