3.6.1. Метод полюса
Поскольку движение плоской фигуры можно разложить на поступательное движение полюса точки А, при котором все точки фигуры движутся с ускорением , и вращательное движение вокруг этого полюса, тогда ускорение точки В плоской фигуры определим согласно уравнению (рис.26)
, (73)
где – ускорение полюса;
– ускорение вращательного движения точки В вокруг полюса точки А;
В свою очередь вектор ускорения можно представить как векторную сумму векторов
, (74)
где – касательное (вращательное) ускорение вращательного движения точки В вокруг полюса точки А;
– нормальное (центростремительное) ускорение вращательного движения точки В вокруг полюса точки А.
Вектор направляется из точки В перпендикулярно ВА ( ^ ВА) в сторону вращения углового ускорения (см. рис.26); численно равен
. (75)
Вектор направляется вдоль линии ВА из точки В к полюсу – точке А ( // ВА); численно равен
. (76)
Полное ускорение по модулю определим по теореме Пифагора, поскольку вектора и взаимно перпендикулярны
(77)
Рис.26.
Ускорение точки В () из уравнения (73) может быть найдено геометрически, с помощью построения многоугольника ускорений в соответствующем масштабе либо аналитическим путем проецирования ускорений в выражении (73) на выбранные координатные оси.
3.6.2. Метод мгновенного центра ускорений (МЦУ)
При движении плоской фигуры в каждый момент времени существует такая точка Q, ускорение которой равно нулю. Эта точка называется мгновенным центром ускорений данной фигуры.
Рис.27. Рис.28. Рис.29.
Для нахождения МЦУ требуется знать: ускорение некоторой точки А данной фигуры (), угловую скорость () и угловое ускорение () движения фигуры (рис.27).
Последовательность нахождения положение МЦУ:
– определим значение угла aкоторый образуется между вектором и отрезком ВА (см. рис.26),
; (78)
– от точки А под углом aк вектору ускорения точки А () в сторону углового ускорения фигуры (e) проводим прямую АС (см. рис.27);
– на линии АС откладываем отрезок AQ
. (79)
Построенная таким образом точка Q будет мгновенным центром ускорений (МЦУ) данной плоской фигуры. Ускорение всех других точек данной фигуры определяются в данный момент времени так, как если бы движение фигуры было вращением вокруг мгновенного центра ускорений Q.
Определим ускорение произвольной точки В плоской фигуры, зная положение МЦУ, точки Q данной фигуры (рис.28).
Численное значение вектора ускорения точки В составит
(80)
Для направления вектора ускорения точки В требуется от отрезка QВ отложить угол (в том же направлении, что и от отрезка АQ), вектор будет направлен из точки В (рис.29).
Практическая работа 2