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Механика.Методика решения задач

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Ƚɥɚɜɚ 6. Ʉɢɧɟɦɚɬɢɤɚ ɢ ɞɢɧɚɦɢɤɚ ɚɛɫɨɥɸɬɧɨ ɬɜɟɪɞɨɝɨ ɬɟɥɚ

221

J

2

m R2 .

(6.138)

 

2

 

ȼ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɢ ɫ ɡɚɤɨɧɨɦ Ⱥɦɨɧɬɨɧɚ–Ʉɭɥɨɧɚ (ɫɦ. ɩ. 2.1.2 ɜ Ƚɥɚɜɟ 2) ɞɥɹ ɫɢɥ ɬɪɟɧɢɹ ɩɨɤɨɹ, ɞɟɣɫɬɜɭɸɳɢɯ ɧɚ ɰɢɥɢɧɞɪɵ, ɫɩɪɚɜɟɞɥɢɜɵ ɧɟɪɚɜɟɧɫɬɜɚ:

Fɬɪ1

d PN1 .

(6.139)

Fɬɪ2

d PN2 .

(6.140)

III. ȼɨɫɩɨɥɶɡɨɜɚɜɲɢɫɶ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɹɦɢ (6.130) (6.138), ɜɵɪɚɡɢɦ ɫɢɥɵ ɧɨɪɦɚɥɶɧɨɣ ɪɟɚɤɰɢɢ ɧɚɤɥɨɧɧɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɤɥɢɧɚ ɢ ɫɢɥ ɬɪɟɧɢɹ ɩɨɤɨɹ ɫɨ ɫɬɨɪɨɧɵ ɷɬɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɧɚ ɨɛɚ ɰɢɥɢɧɞɪɚ ɱɟɪɟɡ ɜɟɥɢɱɢɧɵ, ɡɚɞɚɧɧɵɟ ɜ ɭɫɥɨɜɢɢ ɡɚɞɚɱɢ, ɢ ɢɫɤɨɦɵɣ ɭɝɨɥ ɩɪɢ

ɨɫɧɨɜɚɧɢɢ ɤɥɢɧɚ D :

 

 

 

 

N1

m1g cosD ,

 

 

 

(6.141)

N2

m2 g cosD ,

 

 

 

(6.142)

Fɬɪ1

 

m1

m2

 

m1g sin D ,

(6.143)

 

3m1

4m2

 

F

 

2 m1 m2

 

m g sinD .

(6.144)

 

 

 

ɬɪ2

 

 

 

2

 

 

 

3m1 4m2

 

ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ ɜɵɪɚɠɟɧɢɹ (6.141) (6.144) ɜ ɧɟɪɚɜɟɧɫɬɜɚ (6.139) ɢ (6.140), ɩɨɥɭɱɢɦ ɭɫɥɨɜɢɹ, ɩɪɢ ɤɨɬɨɪɵɯ ɤɚɱɟɧɢɟ ɰɢɥɢɧɞɪɨɜ ɩɪɨ-

ɢɫɯɨɞɢɬ ɛɟɡ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ:

 

tgD d P

3m1

4m2

,

(6.145)

m

 

 

m

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

tgD d P

3m1

4m2

 

 

 

 

.

(6.146)

2 m m

2

 

 

1

 

 

 

 

ɉɨɫɤɨɥɶɤɭ ɩɪɚɜɚɹ ɱɚɫɬɶ ɧɟɪɚɜɟɧɫɬɜɚ (6.146) ɦɟɧɶɲɟ ɩɪɚɜɨɣ ɱɚɫɬɢ ɧɟɪɚɜɟɧɫɬɜɚ (6.145) ɩɪɢ ɥɸɛɵɯ ɡɧɚɱɟɧɢɹɯ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚ ɬɪɟɧɢɹ P ɢ ɦɚɫɫ ɰɢɥɢɧɞɪɨɜ m1 ɢ m2, ɬɨ ɢɫɤɨɦɚɹ ɨɛɥɚɫɬɶ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɭɝɥɚ ɩɪɢ ɨɫɧɨɜɚɧɢɢ ɤɥɢɧɚ D, ɩɪɢ ɤɨɬɨɪɵɯ ɰɢɥɢɧɞɪɵ ɛɭɞɭɬ ɫɤɚɬɵɜɚɬɶɫɹ ɛɟɡ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ, ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɧɟɪɚɜɟɧɫɬɜɨɦ (6.146).

ȼ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɢ ɫ (6.146) ɨɛɥɚɫɬɶ ɜɨɡɦɨɠɧɵɯ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɭɝɥɚ D ɨɞɧɨɡɧɚɱɧɨ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɨɬɧɨɲɟɧɢɟɦ ɦɚɫɫ ɰɢɥɢɧɞɪɨɜ ɩɪɢ ɡɚɞɚɧ-

ɧɨɦ ɡɧɚɱɟɧɢɢ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚ ɬɪɟɧɢɹ P:

 

§

3m1 / m2 4

·

 

¨

¸

 

D d arctg¨P

 

 

 

¸ .

(6.147)

2 m / m

 

1

©

1

2

 

¹

 

222

ɆȿɏȺɇɂɄȺ. ɆȿɌɈȾɂɄȺ Ɋȿɒȿɇɂə ɁȺȾȺɑ

ɇɚ ɪɢɫ. 6.18 ɢɡɨɛɪɚɠɟɧ ɝɪɚɮɢɤ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ ɩɪɟɞɟɥɶɧɨɣ ɜɟɥɢɱɢɧɵ tgDɩɪ / P ɨɬ ɨɬɧɨɲɟɧɢɹ ɦɚɫɫɵ ɫɩɥɨɲɧɨɝɨ ɰɢɥɢɧɞɪɚ ɤ ɦɚɫ-

ɫɟ ɬɨɧɤɨɫɬɟɧɧɨɝɨ m1 / m2 .

tgDɩɪ / P

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

2

4

6

8

10

m1 / m2

Ɋɢɫ. 6.18

Ʉɚɤ ɜɢɞɢɦ, ɨɛɥɚɫɬɶ ɡɧɚɱɟɧɢɣ ɭɝɥɚ D, ɩɪɢ ɤɨɬɨɪɵɯ ɰɢɥɢɧɞɪɵ

ɛɭɞɭɬ ɫɤɚɬɵɜɚɬɶɫɹ ɛɟɡ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ, ɨɝɪɚɧɢɱɟɧɚ ɫɜɟɪɯɭ ɩɪɟ-

ɞɟɥɶɧɵɦ ɡɧɚɱɟɧɢɟɦ Dɩɪ , ɤɨɬɨɪɨɟ ɪɚɜɧɨ arctg 2P

ɩɪɢ m1 m2 ɢ

§

3

 

·

ɚɫɢɦɩɬɨɬɢɱɟɫɤɢ ɫɬɪɟɦɢɬɫɹ ɤ ɡɧɚɱɟɧɢɸ arctg¨

 

P

¸ ɩɪɢ ɧɟɨɝɪɚɧɢ-

2

©

 

¹

ɱɟɧɧɨɦ ɭɜɟɥɢɱɟɧɢɢ ɨɬɧɨɲɟɧɢɹ ɦɚɫɫ ɰɢɥɢɧɞɪɨɜ m1 / m2 (ɪɢɫ. 6.18).

Ɂɚɞɚɱɚ 6.10

ɐɢɥɢɧɞɪɢɱɟɫɤɚɹ ɲɚɣɛɚ ɪɚɞɢɭɫɨɦ r = 3 ɫɦ ɤɚɫɚɟɬɫɹ ɛɨɪɬɚ ɝɥɚɞɤɨɣ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɨɣ ɩɥɨɳɚɞɤɢ, ɢɦɟɸɳɟɣ ɮɨɪɦɭ ɤɪɭɝɚ ɪɚɞɢɭɫɨɦ R = 10 ɦ. ɒɚɣɛɟ ɩɪɢɞɚɥɢ ɫɤɨɪɨɫɬɶ X0 30 ɦ/ɫ, ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɧɭɸ

ɜɞɨɥɶ ɛɨɪɬɚ. Ʉɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬ ɬɪɟɧɢɹ ɦɟɠɞɭ ɛɨɪɬɨɦ ɢ ɲɚɣɛɨɣ ɪɚɜɟɧ P 0,1 . Ɉɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɲɚɣɛɵ Xɤ ɩɨɫɥɟ ɬɨɝɨ, ɤɚɤ

ɩɪɟɤɪɚɬɢɬɫɹ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɟ ɦɟɠɞɭ ɛɨɪɬɨɦ ɢ ɲɚɣɛɨɣ, ɚ ɬɚɤɠɟ ɢɧɬɟɪɜɚɥ ɜɪɟɦɟɧɢ tɤ, ɱɟɪɟɡ ɤɨɬɨɪɵɣ ɷɬɨ ɩɪɨɢɡɨɣɞɟɬ.

Ɋɟɲɟɧɢɟ

I. Ⱦɜɢɠɟɧɢɟ ɲɚɣɛɵ ɪɚɫɫɦɚɬɪɢɜɚɟɦ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɥɚɛɨɪɚɬɨɪɧɨɣ ɢɧɟɪɰɢɚɥɶɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɨɬɫɱɟɬɚ, ɠɟɫɬɤɨ ɫɜɹɡɚɧɧɨɣ ɫ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɨɣ ɩɥɨɳɚɞɤɨɣ. ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɛɭɞɟɦ ɡɚɩɢɫɵɜɚɬɶ ɜ ɩɪɨɟɤɰɢɹɯ ɧɚ ɧɨɪɦɚɥɶɧɭɸ n ɢ ɬɚɧɝɟɧɰɢɚɥɶɧɭɸ

Ɋɢɫ. 6.19

Ƚɥɚɜɚ 6. Ʉɢɧɟɦɚɬɢɤɚ ɢ ɞɢɧɚɦɢɤɚ ɚɛɫɨɥɸɬɧɨ ɬɜɟɪɞɨɝɨ ɬɟɥɚ

223

IJ ɨɫɢ (ɫɦ. ɩ. 1.1. Ɍɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɣ ɦɚɬɟɪɢɚɥ ɜ Ƚɥɚɜɟ 1), ɫɜɹɡɚɧɧɵɟ ɫ

ɰɟɧɬɪɨɦ ɞɜɢɠɭɳɟɣɫɹ ɲɚɣɛɵ (ɫɦ. ɪɢɫ. 6.19).

 

 

ɉɪɢ ɩɥɨɫɤɨɦ ɞɜɢɠɟɧɢɢ ɲɚɣɛɵ

 

 

ɜɞɨɥɶ ɛɨɪɬɚ ɩɥɨɳɚɞɤɢ ɧɚ ɧɟɟ ɞɟɣɫɬɜɭɸɬ

Xɤ

 

ɫɢɥɚ ɧɨɪɦɚɥɶɧɨɣ ɪɟɚɤɰɢɢ N ɢ ɫɢɥɚ ɬɪɟ-

IJ

ɧɢɹ Fɬɪ ɫɨ ɫɬɨɪɨɧɵ ɛɨɪɬɚ. ɉɪɢ ɷɬɨɦ ɦɨ-

 

 

ɦɟɧɬ ɫɢɥɵ ɬɪɟɧɢɹ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɨɫɢ, ɩɪɨ-

n

X(t)

ɯɨɞɹɳɟɣ ɱɟɪɟɡ ɰɟɧɬɪ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ, ɜɵɡɵ-

 

ɜɚɟɬ ɟɟ ɜɪɚɳɟɧɢɟ ɜɨɤɪɭɝ ɭɤɚɡɚɧɧɨɣ ɨɫɢ.

N

 

ɋɤɨɪɨɫɬɶ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɛɭɞɟɬ

 

ɭɦɟɧɶɲɚɬɶɫɹ, ɚ ɭɝɥɨɜɚɹ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɟɟ ɜɪɚ-

X0

Fɬɪ

ɳɟɧɢɹ ɭɜɟɥɢɱɢɜɚɬɶɫɹ, ɞɨ ɬɟɯ ɩɨɪ, ɩɨɤɚ

ɧɟ ɩɪɟɤɪɚɬɢɬɫɹ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɟ ɲɚɣɛɵ

 

 

ɨ ɛɨɪɬ ɩɥɨɳɚɞɤɢ. ɇɚɱɢɧɚɹ ɫ ɷɬɨɝɨ ɦɨɦɟɧɬɚ ɫɢɥɚ ɬɪɟɧɢɹ ɲɚɣɛɵ ɨ ɛɨɪɬ ɪɚɜɧɚ ɧɭɥɸ, ɚ ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɧɟ ɢɡɦɟɧɹɟɬɫɹ.

II. Ɂɚɩɢɲɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɥɚɛɨɪɚɬɨɪɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɨɬɫɱɟɬɚ ɜ ɩɪɨɟɤɰɢɹɯ ɧɚ ɜɵɛɪɚɧɧɵɟ

ɧɨɪɦɚɥɶɧɭɸ n ɢ ɬɚɧɝɟɧɰɢɚɥɶɧɭɸ IJ

ɨɫɢ:

man

N ,

(6.148)

maW

Fɬɪ .

(6.149)

ɇɨɪɦɚɥɶɧɚɹ ɢ ɬɚɧɝɟɧɰɢɚɥɶɧɚɹ ɩɪɨɟɤɰɢɢ ɭɫɤɨɪɟɧɢɹ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɨɩɪɟɞɟɥɹɸɬɫɹ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɹɦɢ (ɫɦ. ɩ. 1.1. Ɍɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɣ ɦɚɬɟɪɢɚɥ ɜ Ƚɥɚɜɟ 1):

an

X

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

R r

aW

 

dX

 

,

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

ɝɞɟ X ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɢ (R r)

(6.150)

(6.151)

ɪɚɞɢɭɫ

ɤɪɢɜɢɡɧɵ ɟɝɨ ɬɪɚɟɤɬɨɪɢɢ.

ɍɪɚɜɧɟɧɢɟ ɦɨɦɟɧɬɨɜ (6.47) ɞɥɹ ɜɪɚɳɚɸɳɟɣɫɹ ɲɚɣɛɵ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɨɫɢ, ɩɪɨɯɨɞɹɳɟɣ ɱɟɪɟɡ ɟɟ ɰɟɧɬɪ ɦɚɫɫ, ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ:

J

 

dZ

F r .

(6.152)

 

dt

 

0

ɬɪ

 

Ɇɨɦɟɧɬ ɢɧɟɪɰɢɢ ɲɚɣɛɵ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɭɤɚɡɚɧɧɨɣ ɨɫɢ (6.44) ɪɚɜɟɧ:

224

 

 

ɆȿɏȺɇɂɄȺ. ɆȿɌɈȾɂɄȺ Ɋȿɒȿɇɂə ɁȺȾȺɑ

J0

mr 2

 

 

.

(6.153)

2

 

 

 

ɇɚ ɧɚɱɚɥɶɧɨɦ ɷɬɚɩɟ ( t tɤ ) ɲɚɣɛɚ ɞɜɢɠɟɬɫɹ ɫ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚ-

ɧɢɟɦ ɢ ɧɚ ɧɟɟ ɜ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɢ ɫ ɡɚɤɨɧɨɦ Ⱥɦɨɧɬɨɧɚ Ʉɭɥɨɧɚ (ɫɦ. ɩ. 2.1.2.ȼ ɜ Ƚɥɚɜɟ 2) ɞɟɣɫɬɜɭɟɬ ɫɢɥɚ ɬɪɟɧɢɹ ɫɤɨɥɶɠɟɧɢɹ, ɪɚɜɧɚɹ:

Fɬɪ PN .

(6.154)

Ɂɚɩɢɲɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɤɢɧɟɦɚɬɢɱɟɫɤɨɣ ɫɜɹɡɢ ɦɟɠɞɭ ɭɝɥɨɜɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɶɸ ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɢ ɫɤɨɪɨɫɬɶɸ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɩɨɫɥɟ ɩɪɟ-

ɤɪɚɳɟɧɢɹ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ (ɩɪɢ t t tɤ ):

 

X rZ .

(6.155)

III. ȼɨɫɩɨɥɶɡɨɜɚɜɲɢɫɶ ɫɨɨɬɧɨɲɟɧɢɹɦɢ

(6.148) (6.151) ɢ

(6.154), ɩɨɥɭɱɢɦ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɞɥɹ ɦɨɞɭɥɹ ɫɤɨɪɨ-

ɫɬɢ ɰɟɧɬɪɚ

 

 

ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɧɚ

ɧɚɱɚɥɶɧɨɦ ɷɬɚɩɟ

ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɲɚɣɛɵ

( t tɤ ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dX

 

P

 

X2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.156)

 

dt

 

R r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɋɟɲɚɟɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (6.156) ɫ ɩɨɦɨɳɶɸ ɦɟɬɨɞɚ ɪɚɡɞɟɥɟɧɢɹ ɩɟ-

ɪɟɦɟɧɧɵɯ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X dX

 

 

 

 

 

P

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³dt ,

 

 

(6.157)

 

X2

R r

 

 

 

X0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

X(t)

 

X0

 

 

R r

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

(6.158)

R r X0 Pt

 

 

ɋɜɹɡɶ ɭɝɥɨɜɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɲɚɣɛɵ ɫ ɦɨɞɭɥɟɦ ɫɤɨɪɨ-

ɫɬɢ ɟɟ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɢɡ (6.148) (6.154):

 

 

dZ

 

 

2P

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

,

 

 

 

 

 

 

(6.159)

 

dt

 

r R r

 

 

 

 

 

 

ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ (6.158) ɜ (6.159), ɩɨɥɭɱɚɟɦ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2PX02 R r t

1

 

 

Z(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³0

 

 

dt .

(6.160)

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

R r X0 Pt 2

ȼ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɭɝɥɨɜɚɹ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɲɚɣɛɵ ɧɚ ɧɚɱɚɥɶɧɨɦ ɷɬɚɩɟ ɟɟ

ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɪɚɜɧɚ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z(t)

 

 

 

 

 

2X02 Pt

 

 

 

 

.

 

 

(6.161)

 

 

r R r X0 Pt

 

 

Ƚɥɚɜɚ 6. Ʉɢɧɟɦɚɬɢɤɚ ɢ ɞɢɧɚɦɢɤɚ ɚɛɫɨɥɸɬɧɨ ɬɜɟɪɞɨɝɨ ɬɟɥɚ

225

ȼ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɢɢ ɫ (6.158) ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ ɭɦɟɧɶɲɚɟɬɫɹ ɨɬ ɡɧɚɱɟɧɢɹ X0 (ɩɪɢ t = 0), ɜ ɬɨ ɜɪɟɦɹ ɤɚɤ ɭɝɥɨɜɚɹ

ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɲɚɣɛɵ ɭɜɟɥɢɱɢɜɚɟɬɫɹ ɩɨ ɡɚɤɨɧɭ (6.161). ȼ ɦɨɦɟɧɬ ɩɪɟɤɪɚɳɟɧɢɹ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ (ɱɟɪɟɡ ɢɧɬɟɪɜɚɥ ɜɪɟɦɟɧɢ tɤ ɩɨɫɥɟ ɫɨɨɛɳɟɧɢɹ ɲɚɣɛɟ ɫɤɨɪɨɫɬɢ X0 ) ɭɝɥɨɜɚɹ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɜɪɚɳɟɧɢɹ

ɲɚɣɛɵ ɢ ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɟɟ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɫɜɹɡɚɧɵ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟɦ ɤɢɧɟɦɚɬɢɱɟɫɤɨɣ ɫɜɹɡɢ (6.157).

ɇɚ ɪɢɫ. 6.20 ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɵ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ ɦɨɞɭɥɹ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɲɚɣɛɵ X ɢ ɩɪɨɢɡɜɟɞɟɧɢɹ ɭɝɥɨɜɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɲɚɣɛɵ ɧɚ ɟɟ ɪɚɞɢɭɫ Z r .

X,Zr, ɦ/c

30

X

 

 

20

 

 

 

10

Zr

 

 

0

 

tɤ 2

3 t, c

0

1

 

Ɋɢɫ. 6.20

 

Ƚɪɚɮɢɤɢ ɩɪɟɞɫɬɚɜɥɟɧɧɵɯ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɟɣ ɩɟɪɟɫɟɤɚɸɬɫɹ ɜ ɦɨɦɟɧɬ ɜɪɟɦɟɧɢ tɤ (ɫɦ. ɪɢɫ. 6.20). ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ (6.158) (6.161) ɜ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (6.157) ɩɨɥɭɱɚɟɦ ɡɧɚɱɟɧɢɟ ɢɧɬɟɪɜɚɥɚ ɜɪɟɦɟɧɢ tɤ:

tɤ

R r

.

(6.162)

 

 

2PX0

 

ɉɨɫɥɟ ɩɪɟɤɪɚɳɟɧɢɹ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ ɩɪɢ ɞɚɥɶɧɟɣɲɟɦ ɞɜɢɠɟɧɢɢ ɲɚɣɛɵ ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɟɟ ɰɟɧɬɪɚ ɦɚɫɫ ɧɟ ɦɟɧɹɟɬɫɹ ɢ ɪɚɜɟɧ:

Xɤ {X(t tɤ )

2

X0 .

(6.163)

3

 

 

 

Ʉɚɤ ɜɢɞɢɦ, ɢɫɤɨɦɵɣ ɦɨɞɭɥɶ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɲɚɣɛɵ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ

ɬɨɥɶɤɨ ɟɟ ɧɚɱɚɥɶɧɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɶɸ X0

ɢ ɧɟ ɡɚɜɢɫɢɬ ɨɬ ɞɪɭɝɢɯ ɜɟɥɢɱɢɧ,

ɡɚɞɚɧɧɵɯ ɜ ɭɫɥɨɜɢɢ ɡɚɞɚɱɢ.

 

ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ ɡɚɞɚɧɧɵɟ ɱɢɫɥɟɧɧɵɟ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɜ (6.162) ɢ (6.163),

ɧɚɯɨɞɢɦ ɢɫɤɨɦɵɟ ɜɟɥɢɱɢɧɵ:

 

tɤ #1,66 ɫ, Xɤ

20 ɦ/ɫ.

 

226

ɆȿɏȺɇɂɄȺ. ɆȿɌɈȾɂɄȺ Ɋȿɒȿɇɂə ɁȺȾȺɑ

6.4. Ɂɚɞɚɱɢ ɞɥɹ ɫɚɦɨɫɬɨɹɬɟɥɶɧɨɝɨ ɪɟɲɟɧɢɹ

Ɂɚɞɚɱɚ 1

Ⱦɜɟ ɩɚɪɚɥɥɟɥɶɧɵɟ ɪɟɣɤɢ ɞɜɢɠɭɬɫɹ ɜ ɨɞɧɭ ɫɬɨɪɨɧɭ ɫ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɦɢ ɫɤɨɪɨɫɬɹɦɢ X1 ɢ X2 ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɥɚɛɨɪɚɬɨɪɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɨɬɫɱɟɬɚ XY. Ɇɟɠɞɭ ɪɟɣɤɚɦɢ ɡɚɠɚɬɚ ɤɚɬɭɲɤɚ ɫ ɪɚɞɢɭɫɚɦɢ R ɢ r (ɫɦ. ɪɢɫ.), ɤɨɬɨɪɚɹ ɞɜɢɠɟɬɫɹ ɜɞɨɥɶ ɪɟɟɤ ɛɟɡ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ.

Y

X1

Rr

0

X2

 

 

X

ɇɚɣɬɢ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɭ yɦ ɦɝɧɨɜɟɧɧɨɣ ɨɫɢ ɜɪɚɳɟɧɢɹ, ɭɝɥɨɜɭɸ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɜɪɚɳɟɧɢɹ Z ɤɚɬɭɲɤɢ ɢ ɫɤɨɪɨɫɬɶ X ɟɟ ɨɫɢ.

Ɉɬɜɟɬ: yɦ

X2 (R r) , Z

X1 X2

, X

X1R X2r .

 

X1 X2

(R r)

 

R r

Ɂɚɞɚɱɚ 2

Ʉɪɭɝɥɵɣ ɤɨɧɭɫ ɜɵɫɨɬɨɣ h ɢ ɪɚɞɢɭɫɨɦ ɨɫɧɨɜɚɧɢɹ r ɤɚɬɢɬɫɹ ɛɟɡ ɫɤɨɥɶɠɟɧɢɹ ɩɨ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ (ɫɦ. ɪɢɫ.). ȼɟɪɲɢɧɚ ɤɨɧɭɫɚ ɲɚɪɧɢɪɧɨ ɡɚɤɪɟɩɥɟɧɚ ɜ ɬɨɱɤɟ O ɧɚ ɭɪɨɜɧɟ ɰɟɧɬɪɚ ɨɫɧɨɜɚɧɢɹ ɤɨɧɭɫɚ, ɤɨɬɨɪɵɣ ɞɜɢɠɟɬɫɹ ɫ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɣ ɩɨ ɦɨɞɭɥɸ ɫɤɨɪɨɫɬɶɸ X . ɇɚɣɬɢ ɭɝɥɨɜɭɸ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɤɨɧɭɫɚ Z ɢ ɟɝɨ ɭɝɥɨɜɨɟ ɭɫɤɨɪɟɧɢɟ E.

O

h

X

r

Ƚɥɚɜɚ 6. Ʉɢɧɟɦɚɬɢɤɚ ɢ ɞɢɧɚɦɢɤɚ ɚɛɫɨɥɸɬɧɨ ɬɜɟɪɞɨɝɨ ɬɟɥɚ

227

Ɉɬɜɟɬ: Z

X

§ r ·

2

X2

 

r

1 ¨

 

¸

, E

.

 

 

 

 

© h ¹

 

rh

 

Ɂɚɞɚɱɚ 3

Ɉɞɧɨɪɨɞɧɵɣ ɞɢɫɤ ɪɚɞɢɭɫɨɦ R ɪɚɫɤɪɭɬɢɥɢ ɜɨɤɪɭɝ ɟɝɨ ɨɫɢ ɞɨ ɭɝɥɨɜɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɢ Z ɢ ɩɨɥɨɠɢɥɢ ɧɚ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɭɸ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɶ. Ʉɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬ ɬɪɟɧɢɹ ɦɟɠɞɭ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɶɸ ɢ ɞɢɫɤɨɦ ɪɚɜɟɧ P . ɑɟ-

ɪɟɡ ɤɚɤɨɟ ɜɪɟɦɹ W ɭɝɥɨɜɚɹ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɭɦɟɧɶɲɢɬɫɹ ɜ n = 2 ɪɚɡɚ.

Ɉɬɜɟɬ: W

3

 

ZR

.

 

8

 

 

 

 

Pg

 

 

 

 

 

Ɂɚɞɚɱɚ 4

 

Ʉɪɢɜɨɲɢɩ, ɫɨɟɞɢɧɹɸɳɢɣ ɨɫɢ ɞɜɭɯ

 

ɡɭɛɱɚɬɵɯ ɤɨɥɟɫ ɪɚɞɢɭɫɚɦɢ R ɢ r, ɜɪɚɳɚɟɬɫɹ ɫ

r

ɭɝɥɨɜɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɶɸ : (ɫɦ. ɪɢɫ.). ȼɧɭɬɪɟɧɧɟɟ

R

ɤɨɥɟɫɨ ɧɟɩɨɞɜɢɠɧɨ. ɇɚɣɬɢ ɭɝɥɨɜɭɸ ɫɤɨɪɨɫɬɶ

ɜɪɚɳɟɧɢɹ ɜɧɟɲɧɟɝɨ ɤɨɥɟɫɚ Z ɢ ɟɝɨ ɨɬɧɨɫɢ-

:

ɬɟɥɶɧɭɸ (ɩɨ ɨɬɧɨɲɟɧɢɸ ɤ ɤɪɢɜɨɲɢɩɭ) ɭɝɥɨ-

ɜɭɸ ɫɤɨɪɨɫɬɶ ɜɪɚɳɟɧɢɹ Zɨɬɧ .

 

Ɉɬɜɟɬ: Z

: (R r)

, Zɨɬɧ

:R .

 

r

 

r

Ɂɚɞɚɱɚ 5

ɇɚ ɞɜɚ ɨɞɢɧɚɤɨɜɵɯ ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɯ ɛɥɨɤɚ ɪɚɞɢɭɫɚɦɢ R ɧɚɦɨɬɚɧɚ ɥɟɝɤɚɹ ɧɟɪɚɫɬɹɠɢɦɚɹ ɧɢɬɶ (ɫɦ. ɪɢɫ.). ȼ ɩɪɨɰɟɫɫɟ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɨɫɢ ɛɥɨɤɨɜ ɨɫɬɚɸɬɫɹ ɩɚɪɚɥɥɟɥɶɧɵɦɢ ɢ ɧɚɯɨɞɹɬɫɹ ɜ ɜɟɪɬɢɤɚɥɶɧɨɣ ɩɥɨɫɤɨɫɬɢ. Ɍɪɟɧɢɟɦ ɜ ɡɚɤɪɟɩɥɟɧɧɨɣ ɨɫɢ ɜɟɪɯɧɟɝɨ ɛɥɨɤɚ, ɚ ɬɚɤɠɟ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɟɦ ɧɢɬɢ ɩɨ ɛɥɨɤɚɦ ɩɪɟɧɟɛɪɟɱɶ. ɇɚɣɬɢ ɦɨɞɭɥɶ ɭɫɤɨɪɟɧɢɹ ɨɫɢ ɧɢɠɧɟɝɨ ɛɥɨɤɚ a ɢ ɦɨɞɭɥɶ ɟɝɨ ɭɝɥɨɜɨɝɨ ɭɫɤɨɪɟɧɢɹ E.

Ɉɬɜɟɬ: a

4

g , E

2

 

g

.

5

5

 

 

 

 

R

Ɉɬɜɟɬ: F
Ɉɫɢ ɬɨɧɤɨɫɬɟɧɧɨɝɨ ɢ ɫɩɥɨɲɧɨɝɨ ɰɢɥɢɧɞɪɨɜ ɫɨɟɞɢɧɟɧɵ ɧɟɜɟɫɨɦɵɦ ɫɬɟɪɠɧɟɦ. ɐɢɥɢɧɞɪɵ ɫɤɚɬɵɜɚɸɬɫɹ ɛɟɡ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ ɩɨ ɧɚɤɥɨɧɧɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɤɥɢɧɚ ɫ ɭɝɥɨɦ ɩɪɢ ɨɫɧɨɜɚɧɢɢ D (ɫɦ. ɪɢɫ.).
D

228

ɆȿɏȺɇɂɄȺ. ɆȿɌɈȾɂɄȺ Ɋȿɒȿɇɂə ɁȺȾȺɑ

Ɂɚɞɚɱɚ 6

Ɍɨɧɤɨɫɬɟɧɧɵɣ ɰɢɥɢɧɞɪ ɦɚɫɫɨɣ m ɫɤɚɬɵɜɚɟɬɫɹ ɛɟɡ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ ɩɨ ɧɚɤɥɨɧɧɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɤɥɢɧɚ ɫ ɭɝɥɨɦ ɩɪɢ ɨɫɧɨɜɚɧɢɢ

D (ɫɦ. ɪɢɫ.).

D

ɇɚɣɬɢ ɭɫɤɨɪɟɧɢɟ a ɨɫɢ ɰɢɥɢɧɞɪɚ ɢ ɫɢɥɭ ɬɪɟɧɢɹ, ɞɟɣɫɬɜɭɸɳɚɹ ɧɚ ɧɟɝɨ ɫɨ ɫɬɨɪɨɧɵ ɧɚɤɥɨɧɧɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɤɥɢɧɚ.

Ɉɬɜɟɬ: a

1

g sinD , F

1

mg sin D .

 

 

 

2

ɬɪ

2

 

 

 

 

Ɂɚɞɚɱɚ 7

Ɋɚɞɢɭɫɵ ɰɢɥɢɧɞɪɨɜ ɨɞɢɧɚɤɨɜɵ, ɦɚɫɫɚ ɤɚɠɞɨɝɨ ɰɢɥɢɧɞɪɚ m. Ɉɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɫɢɥɭ F ɪɟɚɤɰɢɢ ɫɬɟɪɠɧɹ.

mg sinD . 7

Ɂɚɞɚɱɚ 8

ɋɩɥɨɲɧɨɦɭ ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɦɭ ɰɢɥɢɧɞɪɭ ɦɚɫɫɨɣ m ɢ ɪɚɞɢɭɫɨɦ R ɫɨɨɛɳɢɥɢ ɜɪɚɳɟɧɢɟ ɜɨɤɪɭɝ ɟɝɨ ɨɫɢ ɫ ɭɝɥɨɜɨɣ ɫɤɨɪɨɫɬɶɸ Z . Ɂɚɬɟɦ ɩɨɥɨɠɢɥɢ ɟɝɨ ɛɨɤɨɜɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɶɸ ɧɚ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɭɸ ɩɥɨɫɤɨɫɬɶ ɢ ɩɪɟɞɨɫɬɚɜɢɥɢ ɫɚɦɨɦɭ ɫɟɛɟ. ɇɚ ɤɚɤɨɟ ɪɚɫɫɬɨɹɧɢɟ ɩɟɪɟɦɟɫɬɢɬɫɹ ɰɢɥɢɧɞɪ ɡɚ ɜɪɟɦɹ, ɜ ɬɟɱɟɧɢɟ ɤɨɬɨɪɨɝɨ ɞɜɢɠɟɧɢɟ ɰɢɥɢɧɞɪɚ ɩɪɨɢɫ-

Ƚɥɚɜɚ 6. Ʉɢɧɟɦɚɬɢɤɚ ɢ ɞɢɧɚɦɢɤɚ ɚɛɫɨɥɸɬɧɨ ɬɜɟɪɞɨɝɨ ɬɟɥɚ

229

ɯɨɞɢɥɨ ɫɨ ɫɤɨɥɶɠɟɧɢɟɦ. Ʉɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬ ɬɪɟɧɢɹ ɦɟɠɞɭ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɶɸ ɢ ɰɢɥɢɧɞɪɨɦ ɪɚɜɟɧ P .

Ɉɬɜɟɬ: ǻx Z2 R2 . 18Pg

Ɂɚɞɚɱɚ 9

Ⱦɜɚ ɬɟɥɚ ɦɚɫɫɚɦɢ m1 ɢ m2 ɫɨɟɞɢɧɟɧɵ ɧɟɜɟɫɨɦɨɣ ɧɟɪɚɫɬɹɠɢɦɨɣ ɧɢɬɶɸ, ɩɟɪɟɤɢɧɭɬɨɣ ɱɟɪɟɡ ɨɞɧɨɪɨɞɧɵɣ ɛɥɨɤ ɦɚɫɫɨɣ m (ɫɦ. ɪɢɫ.).

m1

 

 

 

m

 

 

 

 

 

m2

Ʉɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬ ɬɪɟɧɢɹ ɦɟɠɞɭ ɩɟɪɜɵɦ ɬɟɥɨɦ ɢ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɨɣ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɶɸ ɪɚɜɟɧ P . ȼ ɩɪɨɰɟɫɫɟ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɬɟɥ ɧɟ ɩɪɨɢɫɯɨɞɢɬ

ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ ɧɢɬɢ ɩɨ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɛɥɨɤɚ. ɇɚɣɬɢ ɭɫɤɨɪɟɧɢɟ ɜɬɨɪɨɝɨ ɬɟɥɚ, ɩɪɟɧɟɛɪɟɝɚɹ ɬɪɟɧɢɟɦ ɜ ɨɫɢ ɛɥɨɤɚ.

Ɉɬɜɟɬ: a

 

g

m2

Pm1

 

, ɩɪɢ m2 ! Pm1

;

 

 

 

 

 

m m

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

0 , ɩɪɢ m2 d Pm1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɂɚɞɚɱɚ 10

 

 

 

 

 

Ɉɞɧɨɪɨɞɧɵɣ ɫɩɥɨɲɧɨɣ ɰɢɥɢɧɞɪ ɦɚɫɫɨɣ M

 

 

 

 

ɦɨɠɟɬ ɫɜɨɛɨɞɧɨ ɜɪɚɳɚɬɶɫɹ ɜɨɤɪɭɝ ɫɜɨɟɣ ɧɟɩɨɞ-

 

 

 

 

 

 

 

 

ɜɢɠɧɨɣ ɝɨɪɢɡɨɧɬɚɥɶɧɨɣ ɨɫɢ (ɫɦ. ɪɢɫ.). ɇɚ ɰɢ-

 

 

 

 

ɥɢɧɞɪ ɧɚɦɨɬɚɧɚ ɬɨɧɤɚɹ ɧɢɬɶ ɞɥɢɧɨɣ L ɢ ɦɚɫɫɨɣ

 

 

 

 

 

 

 

 

m. ɇɚɣɬɢ ɭɫɤɨɪɟɧɢɟ a ɫɜɟɲɢɜɚɸɳɟɣɫɹ ɱɚɫɬɢ

 

 

 

x

ɧɢɬɢ ɜ ɡɚɜɢɫɢɦɨɫɬɢ ɨɬ ɟɟ ɞɥɢɧɵ x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɉɬɜɟɬ: a

 

 

2mgx

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ML 2m(L x)

 

 

 

 

 

230

ɆȿɏȺɇɂɄȺ. ɆȿɌɈȾɂɄȺ Ɋȿɒȿɇɂə ɁȺȾȺɑ

 

Ɂɚɞɚɱɚ 11

 

 

 

 

ɋɢɫɬɟɦɚ ɬɟɥ, ɫɨɫɬɨɹɳɚɹ ɢɡ ɝɪɭɡɚ ɢ ɞɜɭɯ

 

 

 

ɨɞɢɧɚɤɨɜɵɯ ɛɥɨɤɨɜ, ɢɡɨɛɪɚɠɟɧɚ ɧɚ ɪɢɫɭɧɤɟ.

 

 

 

 

 

 

Ɉɫɶ ɥɟɜɨɝɨ ɛɥɨɤɚ ɡɚɤɪɟɩɥɟɧɚ, ɚ ɩɪɚɜɵɣ ɛɥɨɤ

M

 

 

ɫɜɨɛɨɞɧɨ ɥɟɠɢɬ ɧɚ ɧɢɬɢ. ɉɪɢ ɞɜɢɠɟɧɢɢ ɬɟɥ

 

 

 

 

 

ɫɢɫɬɟɦɵ ɧɟ ɩɪɨɢɫɯɨɞɢɬ ɩɪɨɫɤɚɥɶɡɵɜɚɧɢɹ ɧɢ-

 

M

ɬɢ ɨɬɧɨɫɢɬɟɥɶɧɨ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɟɣ ɛɥɨɤɨɜ. ɋɱɢ-

 

ɬɚɹ ɡɚɞɚɧɧɵɦɢ ɦɚɫɫɭ ɝɪɭɡɚ m, ɦɚɫɫɵ ɛɥɨɤɨɜ

 

 

 

M ɢ ɢɯ ɪɚɞɢɭɫɵ R, ɨɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɭɫɤɨɪɟɧɢɟ ɝɪɭ-

 

 

 

ɡɚ a. Ɍɪɟɧɢɟɦ ɜ ɨɫɢ ɛɥɨɤɚ ɩɪɟɧɟɛɪɟɱɶ.

 

m

 

 

m M

 

 

Ɉɬɜɟɬ: a

g .

 

 

 

 

m

7

M

 

 

 

 

 

 

 

2