Центр масс. Уравнение движения центра масс. Система центра масс.

 

Центр масс (центр ине́рции; барице́нтр от др.-греч. βαρύς «тяжёлый» и κέντρον «центр») в механике — это геометрическая точка, характеризующая движение тела или системы частиц как целого.

Положение центра масс (центра инерции) системы материальных точек в классической механике определяется следующим образом:

где

— радиус-вектор центра масс,

— радиус-вектор i -й точки системы,

— масса i -й точки.

Для случая непрерывного распределения масс:

где:

— суммарная масса системы,

— объём,

— плотность.

.

Уравнение движения центра масс

Систе́ма це́нтра масс (систе́ма це́нтра ине́рции) — невращающаяся система отсчёта, связанная с центром масс механической системы. Обычно сокращается как с. ц. м. или с. ц. и. Суммарный импульс системы в с.ц.м. равен нулю. Для замкнутой системы её система центра масс инерциальна, тогда как незамкнутая система в общем случае может обладать неинерциальной системой центра масс. Суммарная кинетическая энергия механической системы в с.ц.м. минимальна среди всех систем отсчёта; в любой другой невращающейся (не обязательно инерциальной) системе отсчёта кинетическая энергия равна кинетической энергии в с.ц.м. плюс кинетическая энергия движения механической системы как целого (MV ²/2, где М — полная масса механической системы, V — относительная скорость движения систем отсчёта).

 

 

Работа переменной силы. Мощность. Кинетическая энергия частицы и системы частиц. Теорема Кенига.

Работа равна сумме работ(адитивная величина)

Аддитивность (лат. additivus — прибавляемый) — свойство величин, состоящее в том, что значение величины, соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин, соответствующих его частям, в некотором классе возможных разбиений объекта на части. Например, аддитивность объёма означает, что объём целого тела равен сумме объёмов составляющих его часте

Мо́щность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

средняя мощность

мгновенная мощность

Кинети́ческая эне́ргия — энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения.

Для абсолютно твёрдого тела полную кинетическую энергию можно записать в виде суммы кинетической энергии поступательного и вращательного движения:

где:

— масса тела

— скорость центра масс тела

— момент инерции тела

— угловая скорость тела.

Физический смысл работы

Работавсех сил, действующих на частицу, идёт на приращение кинетической энергии частицы:

 

Теорема Кёнига (механика)

Кинетическая энергия системы есть энергия движения центра масс плюс энергия движения относительно центра масс:

,

где T — полная кинетическая энергия, — энергия движения центра масс, — относительная кинетическая энергия.

Иными словами, полная кинетическая энергия тела или системы тел в сложном движении равна сумме энергии системы впоступательном движении и энергии системы во вращательном движении относительно центра масс.

Выразим относительную кинетическую энергию T_r системы S как энергию, вычисленной относительно подвижной системы координат.

Пусть — радиус-вектор рассматриваемой точки в

подвижной системе координат. Тогда:

Если — радиус-вектор начала координат подвижной системы, а — радиус-вектор рассматриваемой точки в исходной системе координат, то верно соотношение:

Вычислим полную кинетическую энергию системы в случае, если начало координат подвижной системы помещено в её центр масс. С учетом предыдущего соотношения:

Раскрывая скобки и вынося из-под знака интеграла, получаем:

 

Первое слагаемое представляет собой кинетическую энергию материальной точки, помещённой в начало координат подвижной системы и имеющей массу, равную массе этой системы. Второй член равен нулю, так как по предположению начало координат подвижной системы помещено в её центр масс, следовательно,

 

 

Третий член равен T_r, введённой ранее относительной энергии системы.

Теорема о кинетической энергии для системы частиц.

Теорема об изменении кинетической энергии системы: в дифференциальной форме: dT = ,

, – элементарные работы, действующих на точку внешних и внутренних сил, в конечной форме:

Т₂ – Т₁= . Для неизменяемой системы и Т₂ – Т₁= , т.е. изменение кинетической энергии твердого тела на некотором перемещении равно сумме работ внешних сил, действующих на тело на этом перемещении. Если сумма работ реакций связей на любом возможном перемещении системы равна нулю, то такие связи называются идеальными.