Dean Korošak: Kinematika in dinamika: skripta za vaje
Transcription
Dean Korošak: Kinematika in dinamika: skripta za vaje
Dean Koro²ak Kinematika in dinamika (skripta za vaje) Katedra za aplikativno ziko//Fakulteta za gradbeni²tvo//Univerza v Mariboru Maribor, februar 2006 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 1 1 Naloge 1. Gibanje delca opisuje krajevni vektor: 1 ~r = ctˆi + at2 ˆj, 2 kjer sta a in c konstanti. Dolo£ite krivuljo gibanja, hitrost in pospe²ek delca. 2. Gibanje delca je podano z: x = b cos kt, y = c sin kt. Dolo£ite krivuljo gibanja delca in pospe²ek delca. Pokaºite, da je velikost hitrosti delca v katerikoli to²ki krivulje gibanja obratno sorazmeren z razdaljo od izhodi²£a do tangente na krivuljo v izbrani to£ki. 3. Za delec, ki se giblje v skladu z: x˙ + 2y = −R sin t, y˙ − 2x = R cos t, kjer je R konstanta, dolo£ite krivuljo gibanja. V za£etku (t = 0) je delec v koordinatnem izhodi²£u. 4. Delec se giblje po elipsi: c2 x2 + b2 y 2 = b2 c2 , s pospe²kom v smeri osi y . Za£etni poloºaj delca je (0, c), za£etna hitrost pa v0~i. Dolo£ite pospe²ek delca v vsaki to£ki krivulje gibanja. 5. Delec z maso m se nahaja na gladki ºici, ki se vrti s konstantno kotno hitrostjo ω okoli navpi£ne osi s katero oklepa kot ϕ. Dolo£ite ena£bo gibanja delca in jo re²ite. 6. Delec se giblje po polkrogu s polmerom R s spremenljivo hitrostjo tako, da se projekcija delca na os x giblje s konstantno hitrostjo c. Dolo£ite hitrost in pospe²ek delca kot funkcijo kota ϕ, ki oklepa kot med osjo x in krajevnim vektorjem delca ter smer pospe²ka delca. 7. Delec se giblje po polkrogu s polmerom R tako, da je velikost tangentnega pospe²ka povsod enaka velikosti normalnega pospe²ka. Kako se spreminja hitrost delca s £asom, £e je za£etna hitrost v0 ? 8. Izra£unajte odvod krajevnega vektorja po £asu v polarnem koordinatnem sistemu. 9. Delec se giblje s konstantno hitrostjo ~v = uˆi vzdolº premice y = 2. Zapi²ite ~v v polarnih koordinatah. 10. Delec z maso m se giblje po gladki kroºnici s polmerom R, ki se vrti v vodoravni ravnini s konstantno kotno hitrostjo ω okoli ene izmed to£k na kroºnici. Poi²£ite ena£bo gibanja delca. 2 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 11. Gibanja delca je podano s krajevnim vektorjem ~r(t), ki pri gibanju opisuje konusno povr²ino z vrhom v izhodi²£u koordinatnega sistema. V £asovnem intervalu ∆t opi²e povr²ino s plo²£ino: 1 ∆A = (~r × ∆~r), 2 kjer je £asovni interval tako majhen, da je povr²ina skoraj ravna. Plo²£inska hitrost delca je tako enaka: ~ ~ = dA = 1 (~r × ~v ), S dt 2 kjer je ~v trenutna hitrost delca. Izra£unajte plo²£insko hitrost delca v polarnih koordinatnah, ki se giblje v ravnini 0xy . 12. Delec se giblje v ravnini tako, da sta radialna in tangentna hitrost, konstantni: vρ = a, vϕ = b. Dolo£ite krivuljo gibanja in plo²£insko hitrost gibanja delca. Za£etni poloºaj delca je ρ0 = R in ϕ0 = 0. 13. Delec se giblje po krivulji ρ = 4(1 − cos ϕ) s konstantno plo²£insko hitrostjo katere projekcija na pravokotnico na ravnino gibanja je S = 4. Izra£unajte velikost hitrosti delca, ko je ϕ = π . 14. Gibanje delca je dano z ena£bama: ρ = ct, ϕ = kt, kjer sta c in t konstanti. Dolo£ite krivuljo gibanja in hitrost delca. 15. Delec se giblje v ravnini s konstantno plo²£insko hitrostjo po spirali z ena£bo: ρ = c expkϕ , kjer sta c in k konstanti. Pokaºite, da je hitrost obratno sorazmerna oddaljenosti od izhodi²£a koordinatnega sistema. 16. Delec se giblje s konstantno hitrostjo po lemniskati, ki se v polarnih koordinatah zapi²e tako: ρ2 = c2 cos 2ϕ. Kako je plo²£inska hitrost delca odvisna od oddaljenosti od izhodi²£a koordinatnega sistema? 17. Delec se giblje po krivulji ρ = exp ϕ √ s konstantno velikostjo hitrosti v = 2. Kako je velikost pospe²ka odvisen od oddaljenosti od koordinatnega izhodi²£a r? 3 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 18. Delec se giblje v ravnini tako, da je radialna komponenta njegove hitrosti konstantna in pozitivna vr = c, za radialno komponentno pospe²ka pa velja: ar = − b . r3 Pri tem sta b in c konstanti. Dolo£ite krivuljo gibanja delca in plo²£insko hitrost. 19. Velikost hitrosti delca je podana z ena£bo: v = t2 − 3t + 2. Kako se naravna koordinata krivulje spreminja s £asom? Kolik²no pot opravi delec do trenutka t = 5? 20. Gibanje delca je v kartezi£nem koordinatnem sistemu opisano tako: x = a(t − sin t), y = a(1 − cos t), a = const., 0 ≤ t ≤ 2π. Kako se naravna koordinata delca spreminja s £asom? V za£etnem trenutku je s(t = 0) = 0. 21. Kolo s polmerom R se kotali brez drsenja po vodoravnih tleh. Hitrost sredi²£a kolesa je ~vc . Kolik²no pot opravi to£ka na obodu kolesa, ki je sprva v stiku s tlemi, do trenutka, ko je v najvi²jem poloºaju? 22. Gibanje delca opisuje krajevni vektor: ˆ b, ω = const. ~r(t) = 2b cos2 ωtˆi + b sin 2ωtˆj + 2bk, Dolo£ite naravno koordinato delca v odvisnosti od £asa ter enotne vektorje naravnega triedra v poljubni to£ki krivulje. 23. Delec se giblje v ravnini tako, da je normalna komponentna pospe²ka sorazmerna s tangentno: an = at /λ ter da je eksijska ukrivljenost krivulje gibanja obratno sorazmerna naravni koordinati: 1 1 = . Rpr 2λs Dolo£ite hitrost to£ke kot funkcijo naravne koordinate in £as v katerem je vrednosti naravne koordinate 2s0 , £e je za£etna velikost hitrosti delca v0 in za£etna naravna koordinata s0 . 24. Delec se giblje po povr²ini krogle tako, da je: vθ = const. vϕ Dolo£ite ena£bo krivulje gibanja delca. Kinematika in dinamika: skripta za vaje 4 25. Delec se giblje po krivulji: ˆ ~r = exp(t) cos(t)ˆi + exp(t) sin(t)ˆj + exp(t)k. Dolo£ite vektorje naravnega triedra v to£ki A(1, 0, 1). Dolo£ite ena£be normalne, pritisnjene in tangencialne ravnine krivulje gibanja delca v to£ki A(1, 0, 1). 26. Delec se giblje po krivulji za katero velja, da je razmerje med torzijo in ukrivljenostjo konstantno C = τ /κ. Kak²na zveza velja med enotnimi vektorji naravnega triedra? 27. Delec se giblje po krivulji: ˆ ~r(t) = (cos t − a sin t)ˆi + (sin t + a cos t)ˆj + tk. Izra£unajte razmerjem med torzijo in ukrivljenostjo v poljubni to£ki krivulje. 28. Pokaºite, da je torzija krivulje: 1 + t ˆ 1 − t2 ˆ ~r(t) = tˆi + j+ k t t v vsaki to£ki krivulje enaka ni£ in da se delec, ki se giblje po tak²ni krivulji, giblje v ravnini. 29. Dolo£ite kotno hitrost palice, ki ima konce v to£kah A(1, 5, 1) in B(5, 1, 1) in se vrti okoli nepremi£ne to£ke 0. Hitrost ~v leºi v xy ravnini, projekcija hitrosti sredi²£a palice na os x je vx = 3. Trenutna os oklepa ostra kota√ z osema x in y , smerni kosinus cos γ (kot med trenutno osjo in osjo z )pa zna²a − 3/2. 30. Telo se giblje s kotno hitrostjo ω = 6. Trenutna os oklepa v danem trenutku s koordinatnimi osmi kote, ki so podani s smernimi kosinusi: cos α = 1/3, cos β = 2/3, γ > π/2. Dolo£ite poloºaj tiste to£ke telesa, ki se nahaja v ravnini z = 0 in se giblje s komponentnama hitrosti vx = vy = 2. 31. Valj se kotali po vodoravni podlagi brez drsenja s kotno hitrostjo ω in kotnim pospe²kom α. Dolo£ite hitrost in pospe²ek poljubne to£ke na obodu valja. 32. Tanka plo²£a se giblje v ravnini xy . V nekem trenutku ima to£ka T (1, 2, 0) hitrost 2ˆi + 3ˆj . Kolik²na je hitrost to£ke T1 (−1, 4, 0), £e je kotna hitrost plo²£e −2kˆ? 33. Na tanki plo²£i, ki se giblje v ravnini xy je razdalja med dvema to£kama T in T1 enaka −5ˆi + 10ˆj . Dolo£ite kotno hitrost plo²£e, £e je hitrost to£ke T enaka 7ˆi − 2ˆj , x-komponenta hitrosti to£ke T1 pa je enaka 5. Dolo£ite hitrost to£ke T1 . 34. Palica z dolºino L drsi ob gladki navpi£ni steni tako, da se zgornje kraji²£e A vseskozi dotika stene, spodnje kraji²£e B pa drsi po vodoravnih tleh. V nekem trenutku je to£ka B oddaljena za b od stene ter se giblje s hitrostjo vB . Dolo£ite hitrost to£ke A in kotno hitrost palice. 5 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 35. Palica AB se giblje tako, da se njen konec A stalno dotika dna polkroºne jame, to£ka C pa drsi po njenem robu. Dolo£ite hitrost v to£ki C, ko se to£ka A nahaja na dnu polkroºne jame ter se giblje s velikostjo hitrosti vA . 36. Kroºna plo²£a se kotali brez drsenja po vodoravni ravnini tako, da njeno sredi²£e opisuje kroºnico s polmerom R s stalno hitrostjo ~v0 , okoli sredi²£a pa se vrti s kotno hitrostjo ω . Dolo£ite pol pospe²ka plo²£e. 37. Palica AB z dolºino L se giblje vpeta med dve pravokotni vodili. Dolo£ite pol pospe²ka palice v trenutku, ko se spodnje kraji²£e palice giblje s pospe²kom ~aA v levo,√ zgornje pa s pospe²kom ~aB , pri £emer sta velikosti pospe²kov sorazmerni aA = 3aB . Palica pri tem oklepa z osjo x kot 30 o . 38. Palica dolºine L, ki se giblje v ravnini xy v nekem trenutku leºi vzdolº osi x. Pospe²ka kraji²£ palice sta med seboj vzporedna v nasprotnih smereh in oklepata s smerjo palice kot α. Dolo£ite kotno hitrost, kotni pospe²ek in pol pospe²ka palice. 39. V nekem trenutku so projekcije vektorja trenutne kotne hitrosti telesa,√ki se vrti√okoli nepremi£ne to£ke, na osi pravokotnega koordinatnega√sistema ω √x = 3, ωy√= 5 in √ ωz = 7. Dolo£ite hitrost to£ke s koordinatami x = 12, y = 20 in z = 28. 40. To£ka C(0, 1, 2) telesa, ki se vrti okoli nepremi£ne to£ke 0, ima v nekem trenutku hitrost, ki oklepa s koordinatnimi osmi pravokotnega koordinatnega sistema kote s smernimi kosinusi cos α = −2/3, cos β = 2/3 in cos γ = −1/3. Hitrost to£ke B(0, 0, 2) pa je takrat ~vB = ˆi + 2ˆj . Dolo£ite velikost hitrosti to£ke C , velikost kotne hitrosti in ena£bo trenutne osi vrtenja telesa. 41. Vektor kotne hitrosti togega telesa, ki se vrti okoli nepremi£ne to£ke v nekem trenutku zna²a ω ~ = t2ˆi + tˆj + 3kˆ. Dolo£ite koordinate to£ke T , ki ima v trenutku t1 = 1 pospe²ek ~aT = 2ˆi + 2ˆj + kˆ. 42. Matrika A je ortogonalna, £e je: A−1 = AT , kjer je ATij = Aji . (a) Pokaºite, da je produkt dveh ortogonalnih matrik tudi ortogonalna matrika. (b) Pokaºite, da £e je A ortogonalna matrika velikosti 3x3, so stolpi£ni vektorji enotni in medsebojno pravokotni. 43. Denimo, da je vektor ~x podan s transformacijo vektorja ~x: 0 0 ~x = A~x, kjer je A transformacijska matrika. Za dano matriko F poi²£ite matriko F 0 , da bo: 0 0 0 ~x T F ~x = ~xT F ~x. 6 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 44. Delec z maso m se giblje pod vplivom sile F = a − bt, kjer je t £as. Dolo£ite £asovni interval T v katerem se delec ustavi, £e se je pri£el gibati s hitrostjo v0 v smeri delovanja sile. Kolik²no pot opravi do ustavljanja? 45. Na delec deluje konstantna sila K v sredstvu, ki deluje na gibanje z uporom sorazmernim kvadratu hitrosti delca. Dolo£ite silo K tako, da se hitrost delca pove£a iz v0 na v1 , ko opravi pot s. 46. Homogena veriga z maso m in dolºino 2l leºi na gladki mizi s polovico dolºine. Kako se veriga giblje pri drsenju z mize? 47. Delec z maso m, ki se giblje s hitrostjo v1 preide iz polprostora s konstantno potencialno energijo U1 v polprostor s konstantno potencialno energijo U2 . Dolo£ite spremembo smeri gibanja delca pri tem prehodu. 48. Preverite katere od naslednjih sil so konservativne in za njih poi²£ite pripadajo£e potencialne energije: Fx = 6abyz 3 − 20bx3 y 2 , Fy = 6abxz 3 − 10bx4 y, Fz = 18abxyz 2 , Fx = 18abyz 3 − 20bx3 y 2 , Fy = 18abxz 3 − 10bx4 y, Fz = 6abxyz 2 . 49. Sistem sestavljata delca z masama m1 in m2 . Pokaºite, da se kineti£na energija sistema lahko zapi²e kot vsota kineti£ne energije sredi²£a mase in kineti£ne energije relativnega gibanja delcev: 1 1 2 T = mvcm + µvr2 , 2 2 kjer je m = m1 + m2 skupna masa sistema, µ = m1 m2 /(m1 + m2 ) reducirana masa sistema, vcm velikost hitrosti sredi²£a mase in vr velikost relativne hitrosti delcev. 50. Na delec, ki se giblje v ravnini xy , deluje sila s komponentama: Fx = ∂U ∂U , Fy = . ∂y ∂x Pokaºite, da je prvi integral ena£be gibanja oblike: m dx dy = U + const. dt dt 51. Na vrhu gladke polkrogle se nahaja delec z maso m. Delec se pri£ne gibati s velikostjo hitrosti v0 v vodoravni smeri. (a) Dolo£ite Lagrangev mnoºitelj za gibanje delca po polkrogli. (b) Kje telo zapusti polkroglo? 52. Delec z maso m se giblje po gladki ºici s polmerom a, ki leºi v horizontalni ravnini. Za£etna hitrost delca je v0 . Pri gibanju deluje nanj upor, ki je sorazmeren kvadratu hitrosti Fu = −kmv 2 , kjer je k konstanta. Kako se s £asom spreminja poloºaj delca? Kak²na je reakcija ºice? Vpliv teºe zanemarimo. Kinematika in dinamika: skripta za vaje 7 53. Delec se giblje po ºici v obliki parabole y = ax2 , ki leºi v navpi£ni ravnini iz to£ke (x0 , y0 ) brez za£etne hitrosti. Dolo£ite ena£be gibanja delca in reakcijo ºice v vsaki to£ki. 54. Delec z maso m se giblje po notranji strani rotacijskega paraboloida z ena£bo x2 +y 2 = 2az , kjer je a konstanta, teºa pa deluje v smeri negativnega dela osi z . Za£etni poloºaj delca je (x0 , 0, z0 ), za£etna hitrost pa (0, v0 , 0). Kako se giblje delec in kak²na je reakcija povr²ine? 55. Plo²£ato togo telo s povr²insko gostoto σ(x, y) leºi v ravnini z = 0 kartezi£nega koordinatnega sistema. (a) Pokaºite, da je os z glavna os za to telo. (b) Pokaºite, da je v diagonaliziranem tenzorju vztrajnostnega momenta za to telo, najve£ji element tenzorja enak vsoti manj²ih. 56. Trije delci z enakimi masami so postavljeni v naslednjih to£kah kartezi£nega koordinatnega sistema: (a, 0, 0), (0, 2a, 2a) in (0, 2a, a). Dolo£ite glavne vztrajnostne momente in glavne osi za vrtenje sistema delcev okoli izhodi²£a koordinatnega sistema. 57. Tanka kvadratna plo²£a z maso m in stranico a leºi v xy ravnini kartezi£nega koordinatnega sistema tako, da se sredi²£e mase plo²£e ujema s koordinatnim izhodi²£em, osi x in y pa sta pravokotni na stranici plo²£e. V nekem trenutku je kotna hitrost ˆ . Dolo£ite vrtilno koli£ino plo²£e v tem trenutku. ez koliko plo²£e ω ~ = ω0 (ˆi + k) £asa se bo vrtilna koli£ina zavrtela iz xz v yz ravnino? 58. Z uporabo Eulerjevih ena£b gibanja togega telesa pokaºite, da je prosto gibanje togega telesa okoli ene izmed glavnih osi stabilno le, ²e telo vrti okoli osi s pripadajo£im najve£jim ali najmanj²im glavnim vztrajnostnim momentom. 59. Tanka homogena palica dolºine l in z maso m se vrti s konstantno kotno hitrosto ω okoli osi, ki gre skozi koordinatno izhodi²£e in oklepa s smerjo palice kot ϕ. (a) Dolo£ite glavne vztrajnostne momente za glavne osi, ki gredo skozi koordinatno izhodi²£e. (b) Dolo£ite vrtilno koli£ino palice in navor, ki deluje nanjo. 60. (a) Za homogen valj z maso m, polmerom osnovne ploskve R in vi²ino h dolo£ite teºi²£e in glavne osi z izhodi²£em v teºi²£u. Izra£unajte glavne vztrajnostne momente valja. (b) Denimo, da se valj vrti s kotno hitrostjo ω okoli osi, ki gre skozi teºi²£e in to£ko na robu med osnovno ploskvijo in pla²£em valja. Dolo£ite vrtilno koli£ino v telesnem koordinatnem sistemu. (c) Zapi²ite Eulerjeve ena£be za gibanje valja in izra£unajte navor na valj. 8 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 2 Re²itve 1. y = a 2 x , 2c2 2. v = kbc d , parabola. d= q 1 2 x2 + y4 b4 c . 3. x = R(cos 2t − cos t), y = R(sin 2t − sin t) s transformacijo: x0 = x + R, y 0 = y lahko zapi²emo re²itev v polarnih koordinatah ρ = R(2 cos ϕ − 1). 4 2 4. y¨ = − bc2 yv03 . 5. v krogelnem koordinatnem sistemu: T = 21 (r˙ 2 + r2 ω 2 sin2 ϕ) V = mgr cos ϕ 2 2 ˙ ∂L L = T − V, ∂L ∂ r˙ = mr, ∂r = mrω sin ϕ − mg cos ϕ r¨ − ω 2 r sin2 ϕ + g cos ϕ = 0 √ √ r = b/a + c1 exp( at) + c2 exp(− at), b = g cos ϕ, a = ω 2 sin2 ϕ. c 6. x˙ = c, x¨ = 0, y˙ = −cctgϕ, y¨ = − R sin 3 ϕ. 2 R 7. v = v0 R−v . 0t 8. ~r˙ = ρˆ ˙ eρ + ρϕˆ ˙ eϕ . 9. ~v = u(cos ϕˆeϕ ). 10. ϕ = ωt x = R cos ϕ + R cos(ϕ + θ), y = R sin ϕ+R sin(ϕ+θ), kjer je θ kot med premico, ki gre skozi izhodi²£e koordinat- nega sistema in sredi²£e kroºnice ter med premico skozi sredi²£e kroºnice in trenutni poloºaj delca. ˙ 2 + 2ω(ω + θ) ˙ cos θ) L = T = 21 mR2 (ω 2 + (ω + θ) θ¨ + ω 2 sin ϕθ = 0. 11. Sρ = 0, Sϕ = 0, Sz = ρ2 ϕ. ˙ 12. ρ = R exp a bϕ . 13. v = 1. 14. ρ = kc ϕ, v = √ 15. v = 2S ρ 16. S = v 3 ρ . 2c2 √ 2 ρ . 17. a = p k 2 + 1. c2 + k 2 ρ2 . Kinematika in dinamika: skripta za vaje 18. ρ = 9 bρ0 b−cρ0 (ϕ−ϕ0 ) . 19. s = 14, 5. 20. s = 8a sin2 (t/4). 21. s = 4R. 22. s = 2bωt eˆt = − sin(s/b)ˆi + cos(s/b)ˆj eˆn = − cos(s/b)ˆi − sin(s/b)ˆj eˆb = kˆ. q √ 23. v = v0 ss0 , t = 2 vs00 ( 2 − 1). 24. tan(θ/2) = C1 exp(cϕ), C je integracijska konstanta, c pa razmerje θ in ϕ komponent hitrosti delca. 25. eˆt = ˆ √1 (ˆ i + ˆj + k) 3 eˆn = √12 (−ˆi + ˆj) eˆb = eˆt × eˆn normalna ravnina: x + y + z − 2 = 0 pritisnjena ravnina: x + y − 2z + 1 = 0 tangentna ravnina: x − y − 1 = 0 ~ c, A ~ = const. 26. eˆb + C eˆt = A, 27. κ τ = √ 1 . 2+a2 28. 29. ω ~ = 3√ , 3√ , − 1+√1 3/3 1+3 6 1+3 6 . 30. ~r = (−1/2, 1/2, 0). 31. ~v = −ωR(1 + sin ϕ)ˆi + ωR cos ϕˆj, ~a = (−αR(1 + sin ϕ) − ω 2 R cos ϕ)ˆi + (αR cos ϕ − ω 2 R sin ϕ)ˆj. 32. ~vT1 = 6ˆi + 7~j. ˆ ~vT = 5ˆi − 3ˆj. 33. ω ~ = 51 k, 1 34. ~vA = − √Lbv2B−b2 ˆj, ω ~ = 35. vC = vA 36. ρ = 37. ρ = √ v02 . Rω 2 √ 3L 2 . 2 2 . ˆ √ vB k. L2 −b2 10 Kinematika in dinamika: skripta za vaje 38. ω˙ = aA +aB sin α , L ω= q aA +aB cos α , L A ρ = L aAa+a . B 39. ~v = (0, 0, 0). 40. vc = 3, ω = √ 41. ~r = − 52ˆi − ˆj − 41/2, −x = 2y = z/3. 11 ˆ 2 k. 42. a) (AB)(AB)T = ABB T AT = ABB −1 A−1 = AA−1 = I. b) ~xj naj bo vektor sestavljen iz elementov j -tega stolpca matrike A xji = Aij P P ~xj · ~xk = i xji xki = i Aij Aik P T = i Aki Aij = (AT A)kj = Ikj = δkj . 43. ~x0 = A~x ~xT = ~x0T (A−1 )T = ~x0T A ~xT F ~x = ~x0T AF A−1 ~x0 F 0 = AF A−1 . √ a+ a2 +2mbv02 . 44. T = b kv02 −v12 exp(2ks) 1−exp(2ks) , 45. K = 46. x = 47. l 2 sin ϕ1 sin ϕ2 k je koecient upora. p p exp(t g/2l) + exp(−t g/2l) . = q 1+ 2 (U1 mv12 − U2 ). 48. U = −6abxyz 3 + 5bx4 y 2 . 49. T = 21 m1 v12 + 21 m2 v22 . 2 ~v1 = ~vcm + m1m+m ~vr , 2 m1 ~v2 = ~vcm − m1 +m2 ~vr . 2 + T = 21 (m1 + m2 )vcm 50. m¨ xdy = 1 m1 m2 2 2 m1 +m2 vr . ∂U ∂y dy ∂U ∂x dx m¨ y dx = m(¨ xy˙ + y¨x)dt ˙ = dU mx˙ y˙ = U + const. 51. λ = mgz−mv 2 , 2R2 52. Rn = λ = 0, z = mv02 , a(1+kv0 t)2 ϕ=C+ √2amgx 53. m dv dt = − 1+4a2 x2 , Rn = v02 +2gR . 3g 1 ak ln(1 + kv0 t). 4mag(x20 −x2 ) (1+4a2 x2 )3/2 + √ mg . 1+4a2 x2 11 Kinematika in dinamika: skripta za vaje ˆ ~ = λ(2xˆi + 2yˆj − 2ak) 54. R 2 2) −z˙ λ = − m(ag+v 2(a2 +2az) v 2 = v02 + 2g(z0 − z), z˙ 2 = 2z(v02 +2gz0 )−4gz 2 . a+2z 55. (a) plo²£a je tanka: Jxz = Jyz = 0 J kˆ = Jxzˆi R+ Jyz ˆj + Jzz kˆ = Jzz kˆ R (b) JxxR = σ(x, y)y 2 dxdy, Jyy = σ(x, y)x2 dxdy Jzz = σ(x, y)(x2 + y 2 )dxdy = Jxx + Jyy . 56. Jij = mk (rk2 δij − rki rkj ) Jxx = 13ma2 , Jyy = 6ma2 ,√Jzz = 9ma2 , Jxy = Jzx = 0, Jzy = −6ma2 . λ1 = 13ma2 , λ2,3 = 23 (5 ± 17)ma2 √ ~x1 = [1, 0, 0]T , ~x2,3 = [0, (1 ± 17)/4, 1]T . P k ˆ 57. ~Γ = ma2 ω0 (ˆi + 2k) ∆t = π 2ω0 . 58. Naj bo J1 najve£ji glavni vztrajnostni moment in ω1 = ω = const. Eulerjeve ena£be so: Ji omega ˙ i − (Jj − Jk )ωj ωk = 0, i = {1, 2, 3}, j = {2, 3, 1}, k = {3, 1, 2} za majhne spremembe kotnih hitrosti: ω1 = ω + δω1 , ω2 = δω2 , ω3 = δω3 sledi: δω ¨2 + (J1 − J3 )(J1 − J2 ) 2 ω δω2 = 0. J2 J3 Spremembe kotne hitrosti ostanejo majhne le kadar je J1 > J3 in J1 > J2 ali J1 < J3 in J1 < J2 oziroma kadar je J1 najve£ji ali najmanj²i vztrajnostni moment. 59. (a) J1 = J2 = ml2 /12, J3 = 0. 2 ~ e1 (b) Gamma = ml 12 ω sin ϕˆ ml2 ~ M = 12 ω sin ϕ cos ϕˆ e2 . m (3R2 + h2 ), J3 = mR 60. (a) J1 = J2 = 12 2 (b) ~Γ = J1 ω sin αˆe2 + J3 ω cos αˆe3 , tan α = 2R/h. ~ = (J1 − J3 )ω 2 sin α cos αˆ (c) M e1 . 2 Literatura [1] B. Cvikl, Kinematika , Fakulteta za gradbeni²tvo, Maribor, 1998. in dinamika