Относительное, переносное и абсолютное движения точки. Абсолютная и относительная производные от вектора
В кинематике точки рассматривается движение точки относительно неподвижной системы координат. Но в некоторых случаях удобно изучать движение точки относительно двух систем отсчета, одна из которых определённым образом движется относительно второй, условно неподвижной системы координат.Например, автомобиль, который двигается поверхностью Земли, вместе с земным шаром вращается вокруг ее оси, а также перемещается в космическом пространстве, принимая участие в нескольких движениях.
Движение, при котором точка принимает участие в двух и больше движениях, называется сложным движением.
Рассмотрим сложное движение точки М, когда эта точка перемещается по подвижному телу А (рис. 106). Через произвольную точку О тела А проведем жестко связанные с ним оси Oxyz подвижной системы отсчета. Неподвижную систему отсчета свяжем с условно неподвижным телом, например с Землей.
Рисунок 106
Движение точки М относительно неподвижной системы координат ( ) называют абсолютным. Траектория, скорость и ускорение точки М в абсолютном движении называют абсолютной траекторией, абсолютной скоростью и абсолютным ускорением.
Движение точки М относительно подвижной системы отсчета Oxyz называют относительным движением, а траектория, скорость и ускорение точки в этом движении называют относительными.
Переносным называют движение подвижной системы координат Oxyz и неизменно связанного с ней тела относительно неподвижной системы отсчета . Переносной скоростью и переносным ускорением будут скорость и ускорение той точки m тела (подвижной системы координат), с которой в данный момент времени совпадает подвижная точка М.
Основной задачей кинематики сложного движения точки является установление зависимостей между кинематическими характеристиками абсолютного, переносного и относительного движений.
При решении этой задачи необходимо дифференцировать переменный вектор в подвижной и неподвижной системах координат, определяя его производную по времени в отношении к подвижной системе (относительную или локальную производную), а также в отношении к неподвижной системе координат (абсолютную производную).
Установим связь между абсолютной и относительной производными от вектора , который изменяется в подвижной Oxyz и неподвижной системах отсчета (рис. 107).
В подвижной системе координат этот вектор определяется зависимостью
(143)
где – проекции вектора на соответствующие оси подвижной системы.
Дифференцируя это векторное уравнение с учетом изменяемости орта в результате движения подвижной системы отсчета, одержимо:
(144)
|
Рисунок 107
Первые три составляющих этого уравнения характеризуют изменение вектора в подвижной системе координат (при неизменном орте ) и являют собой относительную производную:
(145)
Заменяя в раньше полученной формуле (122) скорости точки при вращательном движении тела
радиус-вектор последовательно на орт , установим, что
Следовательно, сумма трех последних составляющих уравнения (144) запишется так:
. (146)
Подставляя (145) и (146) в (144), получим:
. (147)
Следовательно, абсолютная производная вектора равняется сумме относительной производной этого вектора и векторного произведения угловой скорости подвижной системы координат на этот вектор.
Дата добавления: 2015-09-14; просмотров: 1771;