Две основные задачи динамики материальной точки

Используя дифференциальные уравнения движения материальной точки (1.5), (1.10), (1.12) и (1.14), можно решить две основные задачи динамики точки, которые формулируют следующим образом.

Первая задача. Определить силы, действующие на точку, если известны масса точки и закон ее движения.

Решение этой задачи заключается, в основном, в определении ускорения точки по заданным уравнениям ее движения, т.е. в их дифференцировании.

Можно предложить такую последовательность решения задачи:

1) выбрать систему координат, в которой удобно решать данную задачу (декартовую или естественную);

2) изобразить в выбранной системе координат материальную точку в текущем положении;

3) приложить к точке активные силы и реакции связей;

4) записать основное уравнение динамики в проекциях на оси выбранной системы координат;

5) найти проекции ускорения точки на оси выбранной системы координат путем дифференцирования уравнений ее движения;

6) определить искомые параметры с помощью системы составленных уравнений.

Вторая задача. Определить закон движения точки, если заданы масса точки и действующие на нее силы.

Решение этой задачи требует интегрирования дифференциальных уравнений движения точки.

Методика решения второй задачи на примере декартовой системы координат состоит в следующем. Чтобы определить уравнения движения точки , необходимо дважды проинтегрировать систему трех дифференциальных уравнений 2-го порядка. В результате получим уравнения движения точки, содержащие, кроме времени, шесть произвольных постоянных. Уравнения движения точки и проекции ее скорости на оси координат имеют вид:

(1.15)

где – это так называемые постоянные интегрирования, которые находят из начальных условий. Начальные условия – значение скорости (проекций скорости) и положения (координат) точки в момент времени, обычно принимаемый равным нулю, которые должны быть предварительно заданы:

(1.16)

После определения постоянных интегрирования уравнения действительного движения точки окончательно получим в виде:

(1.17)

Решение второй задачи динамики можно выполнить в такой последовательности:

1) выбрать систему координат (декартовую или естественную), в которой удобно решать данную задачу;

2) изобразить в выбранной системе координат материальную точку в текущем положении;

3) приложить к точке активные силы и реакции отброшенных связей (если точка несвободна);

4) записать основное уравнение динамики в проекциях на оси выбранной системы координат;

5) проинтегрировать полученную систему дифференциальных уравнений и найти их общие решения;

6) определить, используя заданные начальные условия, постоянные интегрирования;

7) подставить постоянные интегрирования в общие решения и получить действительные уравнения движения точки.

Вопросы для самоконтроля

1. Как выглядит основное уравнение динамики материальной точки в векторной форме?

2. Как выглядит основное уравнение динамики материальной точки в проекциях на оси декартовой и естественной систем координат?

3. В чем суть принципа независимости действия сил на материальную точку?

4. Какая разница между дифференциальными уравнениями движения свободной и несвободной материальных точек?

5. Какой вид имеют дифференциальные уравнения движения материальной точки в проекциях на оси декартовой системы координат?

6. Как определяют произвольные постоянные интегрирования при решении дифференциальных уравнений движения материальной точки?

7. Что называют начальными условиями движения точки?

8. Какова последовательность решения второй задачи динамики?