Сопоставление формул кинематики и динамики поступательного и вращательного движений
На рис.4.5 представлены направления векторов линейной скорости v, угловой скорости ω и псевдовектора угла поворота Δφ при вращательном движении.
Рис.4.5. Связь между векторами v, ω и псевдовектором Δφ
Рис.4.6. Связь между векторами v, aτ, an и aполн
Рис.4.5. Связь между векторами v, ω и псевдовектором Δφ
На рис.4.6 представлены направления векторов линейной скорости v, тангенциального aτ, нормального an и полного aполн ускорений в случае равноускоренного (см. рис.4.6,а) и равнозамедленного (см. рис.4.6,б) вращательных движений.
Рис.4.6. Связь между векторами v, aτ, an и aполн
В табл.3 и 4 приведено сопоставление формул кинематики и динамики поступательного и вращательного движений.
Таблица 3
Сопоставление формул кинематики поступательного и вращательного движений
Поступательное движение | Вращательное движение |
Инертные свойства - масса m, [кг] F - сила, [кг•м/с2], [Н] Перемещение: r, Δr, dr, [м] Путь: S, ΔS, dS, [м] Линейная скорость: v, [м/с] v=lim(Δr/Δt)=dr/dt Ускорение: a=lim(Δv/Δt)=dv/dt, [м/с2] v=a•t равноускоренное (v0=0) равнопеременное (v0≠0) v=v0±at S=v0t±at2/2 | Инертные свойства – момент инерции I, [кг•м2] M = [r,F] - момент силы, [кг•м2/с2], [H•м] Угол поворота: φ, Δφ, dφ, [рад] Путь: φ, Δφ, dφ, [рад] Угловая скорость ω, [рад/с] ω=lim(Δω/ωt)=dω/dt Угловое ускорение: β=lim(Δω/Δt)=dω/dt, [рад/с2] ω=β•t равноускоренное (ω0=0) равнопеременное (ω0≠0) ω=ω0±βt φ=ω0t±βt2/2 |
Связь линейной и угловой скорости v=ωR или v=[ω,R] Связь тангенциального и углового ускорений aτ=β•R aполн=√(aτ2+an2) aτ=dv/dt an=v2/R |
Таблица 4
Сопоставление формул динамики поступательного и вращательного движений
Вращательное движение | Поступательно движение |
Основное уравнение динамики поступательного движения: F=ma, F ↑↑ a Импульс: mv, [кг•м/с], mv ↑↑ v Производная импульса определяет действующую силу: F=Δ(mv)/Δt=d(mv)/dt Кинетическая энергия при поступательном движении: Eкин=mv2/2, [Дж] Работа при поступательном движении: A=FS=FScosα, [Дж] | Основное уравнение динамики вращательного движения: M=I • β, M ↑↑ β Момент импульса: L=[r,mv], L=I • ω, [кг•м2/с], L ↑↑ ω Производная момента импульса определяет вращающий момент силы: M=Δ(Iω)/Δt=dL/dt, т.е. M=dL/dt или M=L Кинетическая энергия при вращательном движении: Eкин.вр=Iω2/2, [Дж] Работа при вращательном движении: A=M•Δφ, [Дж] |