Как найти угловое перемещение колеса

Угловые перемещения колесной пары

Одной
из причин колебаний вагона является
виляние (извилистое движение). Как
известно, между ребордами колес и
рабочими гранями рельсов существуют
зазоры, за счет которых колесная пара
при своем движении может постепенно
переходить от контактирования гребнем
правого колеса с правым по ходу рельсом
к контактированию гребнем левого колеса
с левым рельсом.

Поскольку
колесная пара при движении непрерывно
перемещается поперек колеи ( в пределах
указанного выше зазора), то ось колесной
пары при конической форме колес совершает
угловые
колебания

вокруг оси х
(угол
φ), и шейки оси то поднимаются, то
опускаются на некоторую величину z.
Эти колебания также передаются затем
другим элементам вагона.

Колебания
вагонов вызываются также действием
сил, возникающих при входе вагона в
кривые участки пути и в стрелочные
кривые, от порывов ветра, аэродинамических
толчков воздуха в боковую поверхность
вагонов при встрече поездов и по некоторым
другим причинам.

Виды колебаний

В
линейных колебательных системах известны
два вида колебаний:

  1. Собственные
    колебания

    – происходят в изолированных колебательных
    системах вследствие какого-либо
    начального возмущения; в процессе самих
    собственных колебаний никакие внешние
    дополнительные возмущения на систему
    не действуют.

Системы,
в которых энергия колебаний расходуется
на преодоление сопротивлений среды,
называют диссипативными,
а
системы, у которых энергия в окружающую
среду не рассеивается – консервативными.

  1. Вынужденные
    колебания

    в колебательных системах возникают
    тогда, когда на систему все время
    действуют возмущающие силы.

Полнее
всего изучены, так называемые, гармонические
колебания

систем, которые описываются обычно
уравнением

где
z
величина
перемещений в колебательном процессе;

А


амплитуда колебаний;

ωt
+
α
– фаза колебаний;

ω

– угловая частота колебаний;

t


время;

α
– начальная фаза колебаний.

Динамические характеристики верхнего строения пути.

Важной
характеристикой верхнего строения пути
(ВСП) является жёсткость. Жёсткость пути
различна в горизонтальном и вертикальном
направлениях, в неодинаковом стыке и
середине рельс.

Вертикальная
жесткость пути определяется отношением
действующей на головку рельса вертикальной
нагрузки к вертикальному перемещению
точки контакта колеса с рельсом.

Приведенная
масса пути – это условная величина,
которая представляет собой коэффициент
пропорциональности в расчетных
уравнениях, связывающих скорость удара
колеса по рельсу с максимальной силой
соударения.

Горизонтальная
жёсткость пути определяется соотношением
горизонтальной поперечной (боковой)
силы приложенной к головке рельса к
вызванному ею отклонению головки рельса
от положения в ненагруженном состоянии.

Отклонения
от сжатия возникают из-за деформации
упругих прокладок между рельсами и
шпалами.

Динамические
свойства пути описывают с помощью
модели, которые учитывают его упругие,
диссипативные и инерционные свойства.

В
основном используются две модели пути:

  1. Дисктретная-
    путь представляется в виде сосредоточенной
    массы mп

    приведенная к точке контакта колеса и
    рельса, пружины жесткостью жп

    и гидравлического гасителя колебаний
    с коэффициентом затухания βп.

При
выполнении расчетов по этой модели
можно принимать значения параметров
пути в следующих диапазонах:

mп
= 0,3 – 0,8 т;

жп
= 35 – 85 МН/м;

βп
=
0,2 – 0,8 МН*с/м.

  1. Континуальная
    – путь как система с распределенными
    по его длине параметрами (балка на
    упруго-вязком винклеровском основании,
    то есть на основании, в котором прогиб
    проявляется только в точке приложения
    силы).

Геометрические
неровности входящие в эквивалентную
геометрическую неровность пути
подразделяются на три группы:

  1. Рифли
    – неровности с длиной волны LB=
    0,03- 0,08 м.

  2. Короткие
    – возникают в кривых радиусах менее
    600м, вызываются проскальзыванием одного
    из колес. LB
    =0,08
    – 0,3м.

  3. Длинные
    – связаны с прокаткой и правкой рельсов,
    а также движением разнотипного подвижного
    состава. LB
    =
    0,3 – 3м.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Содержание:

Вращательное движение тела:

До сих пор мы изучали прямолинейное движение тел, хотя в природе и технике часто совершаются более сложные движения тел — криволинейные, когда траекторией тела является кривая линия. Любую кривую линию всегда можно представить как совокупность дуг окружностей разных радиусов (рис. 18). Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Поэтому, изучив движение материальной точки по окружности, сможем в дальнейшем изучать и любые другие криволинейные движения. Кроме того, из всех возможных криволинейных движений в технике широко применяется вращательное движение деталей машин и механизмов, например вращение шестерён машин и станков, деталей, обрабатываемых на токарных станках, валов двигателей, колес машин, фрез, свёрл и т. п. Любая точка этих деталей движется по окружности. Эти две особенности и обусловили обязательное изучение движения по окружности, а именно — равномерное движение тела по окружности.

Движение материальной точки по круговой траектории с постоянной по значению, но изменяющейся по направлению скоростью, называют равномерным движением по окружности.

Предположим, что тело равномерно движется по окружности из точки А в точку В (рис. 19). Тогда пройденный им путь — это длина дуги Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

где Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами— скорость движения тела по окружности; Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами— пройденный телом путь (длина дуги); Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами — время движения тела.

Направление скорости проще всего определить на опыте.

Опыт:

К вращающемуся точильному кругу, прикоснемся железным стержнем. Увидим, что искры из-под стержня летят по касательной к окружности этого круга (рис. 20).

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Результат будет таким же в любой точке этого круга. Но каждая искра — это раскалённая частичка, оторвавшаяся от круга и летящая с такой же скоростью, какую она имела в последний момент движения вместе с кругом.

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Итак, скорость материальной точки при движении по окружности направлена по касательной к ней в любой точке круга (рис. 21), а с учётом представления кривой на рисунке 18 этот вывод можно распространить на любые криволинейные движения (рис. 22). 

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Опыт:

Закрепим на горизонтальной оси О фанерный диск (рис. 23), на котором проведен радиус ОА. Напротив точки А поставим указатель В и будем медленно и равномерно вращать диск. Увидим, что точка А с каждым оборотом диска снова появляется напротив указателя В, т. е. совершает движение, повторяющееся через определенный интервал времени.

Движения, при которых определенные положения материальной точки повторяются через одинаковые интервалы времени, называют периодическими движениями.

Равномерное движение по окружности — это периодическое движение. Периодическое движение характеризуют такими величинами, как период обращения и частота обращения.

Период обращения – это интервал времени, в течение которого материальная точка совершает один оборот при равномерном движении по окружности.

Обозначается период обращения большой латинской буквой Т.

Если за время Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами материальная точка при равномерном движении по окружности совершает N оборотов, то период обращения определяется формулой:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Единицей периода обращения в СИ является одна секунда (1 с).

Если период обращения равняется 1 с, то материальная точка при равномерном движении по окружности осуществляет один оборот за 1 с.

Частота обращения определяется числом оборотов, которое материальная точка совершает за единицу времени при равномерном движении по окружности

Обозначается частота обращения малой латинской буквой Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами.

* В научной и учебной литературе частоту обращения еще обозначают малой греческой буквой Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами (ню).

Если за время Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами материальная точка совершила N оборотов, то, чтобы определить частоту обращения Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами, нужно N поделить на Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами, т. е.:
Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами а так как Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами= ТN , то Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами.
Из последней формулы видно, что частота обращения и период обращения связаны обратно пропорциональной зависимостью, а для определения единицы частоты обращения нужно единицу разделить на единицу периода обращения, т. е. на секунду.

Единицей частоты обращения в СИ является единица, разделённая на секунду Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами. Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами это частота обращения, при котором за 1 с материальная точка совершает 1 полный оборот, двигаясь равномерно по окружности. В технике такую единицу иногда называют одним оборотом в секунду Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами, часто применяют также единицу один оборот в минуту Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами.

Движение точки по окружности

Движения, происходящие в природе и технике, могут отличаться по изменению значения скоростей и по изменению направления скоростей. Так, например, при движении точки вдоль прямой линии в одном направлении направление скорости не меняется, хотя ее значение может быть различным. В этом случае движение считается неравномерным.

Но движения могут быть и криволинейными, например, точки могут двигаться по окружностям. На рисунке 18 изображена траектория движения точек нити или ленты между круглыми барабанами. Такие траектории можно представить в виде отрезков прямых линий и окружностей разных размеров. Понятно, что такие движения могут быть и равномерными, каждая точка все время будет иметь одинаковую скорость по значению, хотя направление скорости от точки к точке траектории может меняться.

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерамиВращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Рассмотрим движение материальной точки по окружности, когда это движение равномерно, т. е. значение скорости остается постоянным (рис. 19). Точка, двигаясь по окружности радиуса R, за определенное время Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами переходит из точки А в точку В. При этом отрезок OA поворачивается на угол Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами – угловое перемещение точки. Такое движение можно характеризовать угловой скоростью:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

где Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами (греческая буква «омега») – угловая скорость; Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами (греческая буква «фи») – угловое перемещение.

Угловое перемещение определяется в радианах (рад.). 1 радиан — это такое перемещение, когда траектория движения точки – длина дуги окружности АВ – равна длине радиуса R.

Единицей угловой скорости является радиан в секунду (рад/с).

1 рад/с равен угловой скорости такого равномерного движения по окружности, при котором за 1 с осуществляется угловое перемещение 1 рад.

При определении угловой скорости слово «рад» обычно не пишут, а просто обозначают 1/с (имеется в виду рад/с).

Движение точки по окружности (и вращение твердого тела) характеризуют также такие величины, как период и частота вращения.

Период вращения (Т) – это время, на протяжении которого точка (тело) совершает один полный оборот по окружности. Период вращения:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

где t — время вращения, N — количество выполненных оборотов.

Период вращения Т измеряется в секундах. Период равен 1 с, если точка (тело) осуществляет один оборот в секунду. Частота вращения (вращательная частота):

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

где N — количество совершенных оборотов за время t .

Частота вращения измеряется в оборотах за секунду (об/с).

Частота вращения Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами определяет количество оборотов точки (тела) вокруг центра (оси вращения) за 1 с.

Еще Архимед установил, что для всех окружностей любого радиуса отношение длины окружности к его диаметру является величиной постоянной. это число обозначили греческой буквой Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами («пи»).

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Таким образом, длина окружности Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

За один оборот материальная точка осуществляет угловое перемещение 2Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами рад.

Движение по окружности характеризуется привычным для нас понятием скорости как пути, который проходит точка за единицу времени. В данном случае эта скорость называется линейной. Если учитывать, что за один оборот (время Т) точка проходит путь Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами то линейная скорость равномерного движения точки по окружности Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами или Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Вращение твердого тела

Твердые тела состоят из большого количества частичек. Абсолютно твердыми наукой считаются тела, расстояние между точками которых не изменяется во время явлений, которые с ними происходят. Однако следует иметь в виду, что абсолютно твердых тел в природе нет.

Как упоминалось в § 3, движения твердых тел бывают поступательные и вращательные. Твердые тела могут вращаться вокруг любых осей, в том числе и тех, которые проходят через их центры.

В случае а (рис. 20) ось вращения проходит через центр шара (например, вращаются колеса транспортных средств или Земля в своем суточном вращении вокруг оси). В случае в ось проходит через край шара. В случае в шар находится на определенном расстоянии от оси (например, Земля движется вокруг Солнца или Луна вокруг Земли). В некоторых случаях даже Землю и Луну можно считать материальными точками, а в некоторых случаях это сделать невозможно. Подумайте, в каких?

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Что же является наиболее характерным для вращательного движения твердых тел? Очевидно, что при этом все точки этих тел в своем движении описывают окружности, центры которых находятся на осях вращения.

Понятно также, что разные точки тел за одно и то же время проходят по своим траекториям разные расстояния – чем дальше от оси вращения лежат точки, тем больше эти расстояния. Но за одно и то же время угловое перемещение Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами всех точек одинаково. Следовательно, и угловая скорость Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами  для всех точек данного тела также будет одинаковой.

Для характеристики вращательного движения твердых тел используют такие же понятия, что и для движения точки по окружности: период вращения Т – время одного полного вращения; вращательная частота (частота вращения) Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами — количество полных вращений за единицу времени; угловая скорость со. Кроме основной единицы частоты вращения об/с, используют об/мин, об/ч и т. п.

Период вращения Земли вокруг- Солнца равен в среднем 365 суток, а период вращения Луны вокруг Земли в среднем 28 суток. Изучая физику, астрономию, вы узнаете, что небесные тела, например планеты Солнечной системы, движутся не по окружностям, а по так называемым эллипсам.

Динамика вращательного движения

При просмотре фильмов-боевиков вы могли наблюдать, что при резком вращении руля автомобиля машина опрокидывается. В цирке мотоциклисты катаются по поверхности стен.
Проведем такой опыт. Нальем воду в ведро и раскрутим его в вертикальной плоскости. При определенной скорости вращения вода не выливается из ведра.

Из приведенных выше примеров можно сделать заключение, что существует сила, которая опрокинет машину при резком повороте, удержит мотоциклиста на стене и не даст вылиться воде из ведра при вращении.
Откуда появляется эта сила? От чего зависит ее величина?
Для этого вспомним о возникновении центростремительной силы в теле при равномерном вращательном движении:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

По третьему закону Ньютона:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

и при вращении появляется также центробежная сила. Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Вот эта центробежная сила опрокинет резко разворачивающуюся машину, удержит воду в ведре при вращении и т.д.

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

На рисунке 4.12 показаны силы, действующие на тело, которое совершает вращательные движения по кругу радиусом Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами. В точке 1, из-за того что центробежная сила Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примераминаправлена противоположно силе тяжести Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами, вес тела уменьшается:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

В точке 3 сила тяжести тела и центробежная сила направлены вниз, т.е. в одном направлении. В этом случае вес тела растет:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Центробежную силу нужно учитывать при вращении тела и в случаях поворота в ходе движения. 
Кроме того, на поворотах дороги под воздействием центробежной силы наблюдается отклонение тела от вертикального положения. Чтобы это не приводило к авариям, велосипедисты или мотоциклисты должны двигаться с небольшим уклоном в сторону от центра вращения (рис. 4.13а).
Для уравновешивания этой силы специально для автомобилей на поворотах строят участки дороги с уклоном с одной стороны (рис. 4.13б). Для трамваев и поездов рельсы на поворотах дороги с внешней стороны круга делаются чуть выше.

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

  • Заказать решение задач по физике

Пример

При движении по кругу тело опускается вниз. При каком радиусе круга тело не упадет с точки Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами. Скорость тела в точке Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами равна 30 м/с.
Дано:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Найти:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Решение:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Чтобы тело не упало из точки Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами должно Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами выполняться следующее условие: Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Ответ: 90 м.

Кинематика вращательного движения

При криволинейном движении материальной точки ее мгновенная скорость направлена по касательной к траектории в данной точке.
Движение тела (МТ) по окружности является частным случаем криволинейного движения по траектории, лежащей в одной плоскости.

Одним из простейших и широко распространенных видов такого движения является движение по окружности с постоянной по модулю скоростью. Это такое движение, при котором тело (МТ) за любые равные промежутки времени описывает одинаковые дуги. Подчеркнем, что при подобном движении скорость точки постоянно меняет свое направление.

Для описания движения по окружности используется ряд физических величин. Рассмотрим некоторые из них.

Удобным параметром для определения положения материальной точки М, совершающей движение по окружности радиусом R с центром в начале координат, является угол поворота Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами (рис. 25)

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
радиус-вектора точки М. Он отсчитывается от оси Ох против хода часовой стрелки и связан с декартовыми координатами соотношениями:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

По теореме Пифагора можно найти, что координаты х и у материальной точки в декартовой системе координат удовлетворяют соотношению

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Скорость Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами с которой материальная точка движется по окружности, называется линейной скоростью (рис. 26).

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Проходимый точкой путь s (длина дуги окружности) равен, как и для всякого равномерного движения, произведению модуля скорости v и промежутка времени движения Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Модуль угловой скорости Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами — это отношение угла поворота Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами к промежутку времени Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами за который этот поворот произошел:
Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Угловая скорость Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами со является величиной векторной. Она направлена вдоль оси вращения материальной точки, и ее направление определяется по правилу буравчика, т. е. совпадает с направлением поступательного движения конца буравчика, рукоятка которого вращается в том же направлении, что и тело (рис. 27).

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Единица угловой скорости в СИ — радиан в секунду Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

При движении по окружности с постоянной по модулю скоростью v угловая скорость Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами является величиной постоянной и ее модуль равен отношению угла поворота Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами к промежутку времени Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами за который этот поворот произошел:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Здесь n — частота вращения — физическая величина, численно равная числу оборотов N материальной точки в единицу времени:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Единица частоты вращения в СИ — секунда в минус первой степени Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами Время совершения одного оборота называется периодом вращения Т.

Следовательно, 

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
В СИ период измеряется в секундах (1с).

При совершении полного оборота Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами период определяется по формуле    

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Модуль постоянной линейной скорости тела (МТ), движущегося по окружности, вычисляется по формуле

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Проекции скорости Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами (см. рис. 25) с течением времени изменяются по закону
Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Модуль угловой скорости определяется соотношением

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Следовательно, соотношение между модулями линейной и угловой скорости имеет вид
Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Поскольку Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами (докажите самостоятельно), где Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами — угол поворота радиус-вектора в момент начала движения, то кинематический закон движения МТ но окружности имеет видВращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

При движении МТ по окружности с постоянной по модулю скоростью ее направление непрерывно изменяется и, следовательно, движение МТ происходит с ускорением, которое называется центростремительным Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами или нормальным Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами Ускорение направлено по радиусу к центру окружности и характеризует быстроту изменения направления скорости Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами с течением  (см. рис. 26). Его модуль определяется формулой

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Нормальное ускорение Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами в любой момент времени перпендикулярно скорости Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Как и при прямолинейном равноускоренном движении, ускорение Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примераминазываемое тангенциальным (касательным), совпадает с направлением скорости Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами или направлено противоположно ей Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами и поэтому изменяет только модуль скорости. Следовательно, при движении по окружности с непостоянной по модулю скоростью (например, математический маятник) или при любом криволинейном движении полное ускорение Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами можно представить в виде векторной суммы нормального ускорения Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами и тангенциального ускорения Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами направленного по касательной к окружности в данной точке (рис. 28):
Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
Полное ускорение Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами всегда направлено в сторону вогнутости траектории (см. рис. 28).

Модуль полного ускорения находится по теореме Пифагора:

Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами
где Вращательное движение тела в физике - виды, формулы и определения с примерами – нормальное ускорение, с которым точка двигалась бы по дуге
окружности радиусом r, заменяющей траекторию в окрестности рассматриваемой точки. Этот радиус r называют радиусом кривизны траектории.

  • Равномерное движение материальной точки по окружности
  • Колебательное движение
  • Физический и математический маятники
  • Пружинные и математические маятники
  • Поступательное движение
  • Равномерное и неравномерное движение
  • Равномерное движение
  • Неравномерное движение

Вращательное движение (Движение тела по окружности)

Законы, определяющие движение тела по окружности, аналогичны законам поступательного движения. Уравнения, описывающие вращательное движение, можно вывести из уравнений поступательного движения, произведя в последних следующие замены:

Если:
перемещение s — угловое перемещение (угол поворота) φ,
скорость u — угловая скорость ω,
ускорение a — угловое ускорение α

Вращательное движение, характеристики

Вращательное движение Угловая скорость Угловое ускорение
Равномерное Постоянная Равно нулю
Равномерно ускоренное Изменяется равномерно Постоянно
Неравномерно ускоренное Изменяется неравномерно Переменное

Угол поворота

Во всех уравнения вращательного движения углы задаются в радианах, сокращенно (рад).

угол поворота - вращательное движение
Если
φ — угловое перемещение в радианах,
s — длина дуги, заключенной
между сторонами угла поворота,
r — радиус,
то по определению радиана

[
φ = frac{s}{r}
]

Соотношение между единицами угла

[ frac{φ_{рад}}{φ_{°}} = frac{π}{180°} ]

$ 1 enspace рад = 57.3° $

$ 1° = 17.45 enspace мрад $

$ 1´ = 291 enspace мкрад $

Обратите внимание: Наименование единицы радиан (рад) обычно указывается в формулах только в тех случаях, когда ее можно спутать с градусом. Поскольку радиан равен отношению длин двух отрезков
(1рад = 1м/ 1м = 1), он не имеет размерности.

Соотношение между угловой скоростью, угловым перемещением и временем для всех видов движения по окружности наглядно видны на графике угловой скорости (зависимость ω от t).

график угловой скорости - вращательное движение

Поэтому графику можно определить, какой угловой скоростью обладает тело в тот или иной момент времени и на какой угол с момента начала движения оно повернулось (он характеризуется площадью под кривой).

Кроме того, для представления соотношений между названными величинами используют график углового перемещения (зависимость φ от t) и график углового ускорения (зависимость α от t).

Число оборотов

Характеристикой всех видов вращения является число оборотов n или равноценная ей характеристика — частота f. Обе величины характеризуют число оборотов в единицу времени.

Единица СИ частоты (или числа оборотов)

[ [n] = [f] = frac{Обороты}{Секунда} = frac{(об)}{с} = frac{1}{c} = Герц ]

В технике число оборотов обычно измеряется в оборотах в минуту (об/мин) = 1/мин.

Таким образом, величина, обратная числу оборотов, есть продолжительность одного оборота.

Если
n — число оборотов,
f — частота,
T — продолжительность одного оборота, период,
φ — угловое перемещение,
N — полное число оборотов,
t — время, продолжительность вращения,
ω — угловая частота,
то

Период

[
T = frac{1}{f} = frac{1}{n}
]

Угловое перемещение

Угловое перемещение равно произведению полного числа оборотов на 2π:

[
φ = 2 π N
]

Угловая скорость

Из формулы для одного оборота следует:

[
ω = 2 π f = frac{2π}{T}
]

Обратите внимание:
формулы (1)—(6) справедливы для всех видов вращательного движения — как для равномерного движения, так и для ускоренного. В них могут входить постоянные величины, средние значения, начальные и конечные значения, а также любые мгновенные значения.
вопреки своему названию число оборотов n — это не число, а физическая величина.
следует различать число оборотов n и полное число оборотов N.

Вращательное движение (движение тела по окружности)

стр. 422

Угловое перемещение (угол поворота) – это угол, на который переместился радиус-вектор при перемещении тела из точки 1 в точку 2.

Δφ=φ-φ0

Угловое Δφ перемещения при движении тела по окружности.

Единица измерения угла поворота – 1 радиан [1 рад]. Радиан – это угол, опирающийся на дугу окружности, равную ее радиусу.

Длина дуги связана с углом поворота соотношением Δl = RΔφ.

Считая, что в начальный момент времени φ0=0, угловое перемещение (угол поворота) часто обозначают φ.

Зная угловую скорость и время, за которое был совершен поворот, можно определить угол поворота:

φ=ωt

Обозначения:

Δφ, φ– угловое перемещение (угол поворота)

Δl – длина дуги

R – радиус окружности

ω – угловая скорость

– время, за которое был совершен поворот

Для начала давайте выясним, для чего нужно уметь определять полный оборот колеса? Знать полный оборот колеса своего авто нужно по разным причинам. В первую очередь, чтобы выяснить периметр колеса (круга).

Это не что иное, как расстояние, которое оно проходит по плоскости за один оборот. Периметр же зависит от диаметра колеса, и здесь уже возможны варианты.

Многие автолюбители устанавливают на машины колеса большего диаметра, чем рекомендует производитель. Зачем это нужно? Многие рассуждают так: чем больше диаметр, тем выше максимальная скорость и короче время разгона, и наоборот. При этом, колесо имеет значительную инерцию, а двигателю сложней его оборачивать.

Нередко водители устанавливают колеса большего размера и для того, чтобы повысить клиренс и сэкономить на топливе, поскольку чем больше колесо, тем длинней пройденный путь.

Если диаметр колеса отличается от стандартного в большую или меньшую сторону, то данные спидометра будут показывать некорректную скорость движения. Так, при меньшем диаметре она будет больше, чем есть на самом деле.

Еще одной причиной знать полный оборот колеса автомобиля является резонансная частота колебаний. Например, за один оборот колесо прошло 2 метра, сильней всего машину трясет на скорости 90 км/ч или 25 м/ч. При таких исходных данных резонансная частота колебаний составит 12,5 Гц.

Угол поворота

Во всех уравнения вращательного движения углы задаются в радианах, сокращенно (рад).

Если φ — угловое перемещение в радианах, s — длина дуги, заключенной между сторонами угла поворота, r — радиус, то по определению радиана

Соотношение между единицами угла

Обратите внимание:

Наименование единицы радиан (рад) обычно указывается в формулах только в тех случаях, когда ее можно спутать с градусом. Поскольку радиан равен отношению длин двух отрезков ( 1 рад = 1 м/ 1 м = 1 ), он не имеет размерности.

Соотношение между угловой скоростью, угловым перемещением и временем для всех видов движения по окружности наглядно видны на графике угловой скорости (зависимость ω от t). Поэтому графику можно определить, какой угловой скоростью обладает тело в тот или иной момент времени и на какой угол с момента начала движения оно повернулось (он характеризуется площадью под кривой).

Кроме того, для представления соотношений между названными величинами используют график углового перемещения (зависимость φ от t) и график углового ускорения (зависимость α от t).

Маркировка шин и расшифровка

Ширина шины по маркировке

Ширина шины (Wшины

) указана первым числом в маркировке в миллиметрах:
225
/50 R16

Как посчитать высоту профиля шины

Высота профиля

указана в маркировке шины вторым числом в процентах от первого числа (ширины шины): 225/
50
R16

Таким образом, чтобы определить её в миллиметрах нужен расчет по следующей формуле:

Формула

Hпрофиля в мм = (Wшины ⋅ Hпрофиля в %) / 100

Пример

Для примера посчитаем чему равна высота профиля шины со следующей маркировкой: 205 / 55 R16

Hпрофиля

= (205 ⋅ 55) / 100 =
113 мм
= 11.3 см

Диаметр диска по маркировке шины

Обычно диаметр диска (посадочный диаметр

) указан после буквы R (иногда В, D или буква не указана): 225/50 R
16
.

Этот параметр указан в дюймах

, поэтому если требуется перевести его в сантиметры, его следует умножить на
2.54
.

Диаметр шины по маркировке

Расчет диаметра колеса легко произвести, зная диаметр диска и высоту профиля шины.

Формула

Пример

Для примера определим диаметр шины в сантиметрах со следующей маркировкой: 205 / 55 R16

  1. Определим высоту профиля: Hпрофиля = (205 ⋅ 55) / 100 = 113 мм = 11.3 см
  2. Переведём посадочный диаметр из дюймов в сантиметры: Dдиска = 16 ⋅ 2.54 = 40.64 см
  3. Определим диаметр шины: Dшины = 40.64 + 2 ⋅ 11.3 = 63.2 см

Длина окружности шины

Для того, чтобы рассчитать длину окружности шины Сшины

нужно знать её диаметр
Dшины
. Расчет осуществляется по следующей формуле:

Формула

Сшины = π ⋅ Dшины , где π ≈ 3.14

Пример

Возьмём диаметр шины из предыдущего примера Dшины = 63.2 см

и определим длину окружности шины с маркировкой:
205 / 55 R16
Сшины = 63.2 ⋅ 3.14 = 198.44 см

Число оборотов колеса за 1 км

Для того, чтобы определить число оборотов колеса, при котором оно преодолеет расстояние в один километр, нужно знать длину внешней окружности шины.

Формула

Пример

Для колеса с длиной окружности шины 198.44 см

посчитаем число оборотов за 1 км:

Число оборотов = 100000 / 198.44 = 503.9 ≈ 504 об./км

Как влияет размер шин на показание спидометра

Если диаметр колеса больше или меньше стандартного, то показания спидометра не будут отражать реальную скорость автомобиля. Так, например, если диаметр шины меньше стандартного, то спидометр будет показывать скорость больше, чем она есть на самом деле. И на оборот.

Влияние размера шин на клиренс

Чем больше диаметр шины, тем больше клиренс. При этом если, например, вы поменяли колесо с диаметром 60 см

, на колесо с диаметром
64 см
, то клиренс вырос на
2 см
.

Число оборотов

Характеристикой всех видов вращения является число оборотов n или равноценная ей характеристика — частота f. Обе величины характеризуют число оборотов в единицу времени.

Единица СИ частоты (или числа оборотов)

В технике число оборотов обычно измеряется в оборотах в минуту (об/мин) = 1/мин.

Таким образом, величина, обратная числу оборотов, есть продолжительность одного оборота.

Если n — число оборотов, f — частота, T — продолжительность одного оборота, период, φ — угловое перемещение, N — полное число оборотов, t — время, продолжительность вращения, ω — угловая частота, то

Период

Угловое перемещение

Угловое перемещение равно произведению полного числа оборотов на 2π:

Угловая скорость

Из формулы для одного оборота следует:

Обратите внимание:

• формулы (1)—(6) справедливы для всех видов вращательного движения — как для равномерного движения, так и для ускоренного. В них могут входить постоянные величины, средние значения, начальные и конечные значения, а также любые мгновенные значения. • вопреки своему названию число оборотов n — это не число, а физическая величина. • следует различать число оборотов n и полное число оборотов N.

Движение по окружности — простейший случай криволинейного движения тела. Когда тело движется вокруг некоторой точки, наряду с вектором перемещения удобно ввести угловое перемещение ∆ φ (угол поворота относительно центра окружности), измеряемое в радианах.

Зная угловое перемещение, можно вычислить длину дуги окружности (путь), которую прошло тело.

Если угол поворота мал, то ∆ l ≈ ∆ s .

Частота вращения (обращения)

Частота вращения (обращения) — это физическая величина, равная количеству оборотов, которые тело совершает за единицу времени (1 секунду).

Чтобы найти частоту вращения надо количество оборотов разделить на время совершения этих оборотов:

Частота вращения – величина, обратная периоду вращения:

Частота вращения показывает, сколько оборотов совершается за 1 с.

За единицу частоты вращения в СИ принимают частоту вращения, при которой за каждую секунду тело совершает один оборот. Эта единица обозначается так: [1/с] или [с -1 ] (читается: секунда в минус первой степени). Единица частоты в СИ называется Герц [Гц].

T — период обращения

ν — частота обращения

N — число оборотов

t — время, за которое тело совершило N оборотов по окружности

Что касается обозначений, — ЗАПОМНИТЕ пожалуйста — НЕ СУЩЕСТВУЕТ жёстких правил обозначений, в принципе — обозначайте как хотите, хоть буквами «щ» и «ъ»

( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )

Добавить комментарий