Геометрический метод рассмотрения движения плоской фигуры в ее плоскости
Теорема Шаля 1: Всякое непоступательное перемещение плоской фигуры в ее плоскости из одного положения в другое может быть представлено как сумма двух перемещений: поступательного вместе с произвольной точкой, выбранной в качестве полюса, и вращательногоотносительно этого полюса. При этом поступательное перемещение зависит от выбора полюса, а вращательное от него не зависит.
Под вращательным перемещением плоской фигуры относительно полюса понимается вращательное перемещение этой плоской фигуры вместе с НМС, сечением которой является эта плоская фигура, относительно оси, проходящей через полюс перпендикулярно плоской фигуре (или плоскости П0).
Доказательство:На рис. 1 изображены два положения плоской фигуры и отрезка ВD в моменты времени t1 и t2: соответственно В1D1 и В2D2.
Выберем в качестве полюса точку D. Отрезок В1D1 перемещаем поступательно (т.е. параллельно самому себе) в положение , а затем поворачиваем вокруг полюса на угол . Точка попадет в точку В2, так как длина отрезка ВD неизменна. Первая часть теоремы доказана.
Для доказательства второй части теоремы в качестве полюса выберем точку В. Отрезок В1D1 перемещаем поступательно (т.е. параллельно самому себе) в положение , а затем поворачиваем вокруг полюса на угол . На рис. 1 видно, что поступательные составляющие перемещений отрезка ВD различны при выборе в качестве полюсов В и D (D1D2 В1В2), а вращательные составляющие равны, так как , как накрестлежащие углы при двух параллельных и одной секущей.
Рис. 2
Поскольку поступательная часть перемещения плоской фигуры с изменением полюса меняется, оказывается возможным выбрать полюс так, чтобы эта часть перемещения вообще отсутствовала.
Теорема Шаля 2: Всякое непоступательное перемещение плоской фигуры в ее плоскости из одного положения в другое может быть представлено как конечный поворот этой фигуры относительно определенного центра вращения.
Конечный поворот плоской фигуры относительно определенного центра вращения понимается в том же смысле, что и вращательное перемещение этой плоской фигуры в теореме Шаля 1.
Доказательство: На рис. 3 изображены два положения отрезка ВD в моменты времени t1 и t2: соответственно В1D1 и В2D2.
Соединим точки В1 и D1 соответственно с точками В2 и D2 и из середин отрезков В1В2 и D1D2 восстановим перпендикуляры. Точка пересечения этих перпендикуляров О — центр вращения (как будет доказано ниже).
, так как и , как наклонные, равноудаленные от перпендикуляра.
Из равенства треугольников следует, что .
Рис. 3
После поворота на относительно точки О отрезок ОВ1 совпадает с отрезком ОВ2, одновременно ОD1 отрезок должен совпасть с отрезком ОD2, так как
, т. е.
,
и, как следствие, отрезок В1D1 совпадет с отрезком В2D2.
Таким образом, перемещение отрезка ВD из положения В1D1 в положение В2D2 представлено конечным поворотом относительно центра О.
Из доказанных теорем следует, что всякое непоступательное перемещение плоской фигуры в ее плоскости из одного положения в другое может быть представлено двумя способами: либосуммой поступательного и вращательного движений либо одним вращательным движением.
Дата добавления: 2015-08-01; просмотров: 952;