Круглая пластина D вращается вокруг неподвижной оси, проходящей через точку O1 перпендикулярно плоскости рисунка. Вращение пластины задано уравнением . По ободу вдоль дуги ОА движется точка М по закону .
Определить абсолютную скорость и абсолютное ускорение точки М в момент времени t1=1 c.
D
М
О
φ
R
C
l
Рис.1
Решение
Точка М совершает сложное движение, поскольку она одновременно участвует в двух движениях: в относительном движении по ободу круглой пластины и в переносном вращении вместе с круглой пластиной вокруг неподвижной оси О.
Рассмотрим относительное движение, заданное естественным способом:
Найдем положение точки М на траектории относительного движения в момент времени t1 = 1 с. Для этого вычислим величину центрального угла, который опирается на дугу AМ при t1= 1 с:
Изображаем найденное положение на чертеже (рис. 2).
Найдем абсолютную скорость точки М:
(1)
Находим относительную скорость точки М
.
При t = 1 с
, т. е. .
Так как относительная скорость в данный момент положительна, то вектор направлен по касательной к относительной траектории в сторону возрастания s.
Определим переносную скорость точки М. Переносной скоростью точки М является скорость той точки круглой пластины, с которой совпадает точка М в момент времени t = 1 с.
О
C
А
D
М
φ
R
l
Рис.2
Величина переносной скорости определяется как скорость точки тела, вращающегося вокруг неподвижной оси О:
, где - угловая скорость переносного вращения пластины.
При t1= 1 с
- угловая скорость в заданный момент времени равна нулю.
Тогда
Тогда (1) можно записать в виде:
И модуль абсолютной скорости точки М:
Для определения абсолютного ускорения точки М воспользуемся теоремой Кориолиса:
(2)
где относительное, переносное и кориолисово ускорения точки, соответственно.
Представим
так как значение переносного углового ускорения положительно, то оно направлено против хода часовой стрелки.
Из треугольника ОМС по теореме косинусов:
Тогда касательное переносное ускорение численно равно и направлено перпендикулярно ОМ в соответствии с направлением углового ускорения пластины