background image

1

8. Ruch punktu we współrzędnych biegunowych

prędkość i przyspieszenie punktu w układzie biegunowym

y

x

0

położenie punktu A określone jest przez:
– promień r=r(t)

A

– kąt ϕ

ϕ

ϕ

ϕ=ϕ

ϕ

ϕ

ϕ(t)

r(t)

ϕ(t)

tor ruc

hu pun

ktu

składowe prędkości:

– składowa promieniowa

r

v

r

&

=

v

r

– składowa kątowa

ϕ

ϕ

&

r

=

v

ϕ

prędkość wypadkowa

2

2

ϕ

v

v

v

r

+

=

v

składowe przyspieszenia:

– składowa promieniowa

2

ϕ

&

&

&

r

r

a

r

=

a

r

– składowa kątowa

ϕ

ϕ

ϕ

&

&

&

&

r

r

a

2

+

=

a

ϕ

przyspieszenie wypadkowe

2

2

ϕ

a

a

a

r

+

=

a

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

cos

sin

sin

cos

v

v

y

v

v

x

r

r

+

=

=

&

&

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

cos

sin

sin

cos

a

a

y

a

a

x

r

r

+

=

=

&

&

&

&

background image

2

Zadanie 1/8
Punkt porusza się w jednej płaszczyźnie.
Znaleźć: 
1) równanie toru punktu,
2) położenie punktu w chwili początkowej,
3) ogólne wyrażenia na prędkość i przyspieszenie punktu 
jeśli równania ruchu punktu mają postać:

a)

b)

c)

d)

0

,

cos

2

>

=

=

ω

ω

ϕ

ω

a

t

t

a

r

0

,

2

1

2

1

>

=

=

k

k

t

k

t

k

r

ϕ

0

,

0

0

>

=

=

ω

ω

ϕ

ω

r

t

e

r

r

t

0

, >

=

=

c

b

t

b

ct

r

ϕ

Zadanie 2/8

W mechanizmie przedstawionym na rysunku dane s

ą

:

ϕ=kt (k>0), AD=BD=c, BC=b. 

Znale

źć

tor, 

pr

ę

dko

ść

przyspieszenie 
punktu C.

A

B

c

c

C

D

ϕ

b

Odp.:

promień zaczepiony w punkcie A

b

c

r

+

=

ϕ

cos

2

kt

c

k

a

b

k

kt

c

k

a

kb

kt

kc

v

kt

kc

v

r

r

sin

4

2

cos

4

cos

2

sin

2

2

2

2

=

=

+

=

=

ϕ

ϕ

(kardioida)

c

+b

b

background image

3

Zadanie 3/8

Dwa pr

ę

ty poł

ą

czone ze sob

ą

 pod k

ą

tem prostym przesuwaj

ą

 si

ę

 w 

tulejach mog

ą

cych obraca

ć

 si

ę

 wokół sworzni.

Znale

źć

tor, pr

ę

dko

ść

i przyspieszenie 

punktu je

ś

li AB=CD=b, ϕ=kt (k>0).

A

b

B

ϕ

b

C

D

Odp.:

promień zaczepiony w punkcie A

b

b

r

+

=

ϕ

cos

(

)

(

)

kt

bk

a

kt

bk

a

kt

bk

v

kt

bk

v

r

r

sin

2

cos

2

1

cos

1

sin

2

2

=

+

=

+

=

=

ϕ

ϕ

(kardioida)

b

b

Zadanie 4/8

Dwa pr

ę

ty OA O

1

B

poł

ą

czone krzy

ż

akiem mog

ą

 obraca

ć

 si

ę

 

wokół punktów O

1

zachowuj

ą

c cały czas k

ą

t prosty mi

ę

dzy sob

ą

Znale

źć

tor, pr

ę

dko

ść

i przyspieszenie 

punktu je

ś

li OO

1

=a, ϕ=kt (k>0)

O

a

O

1

ϕ

D

A

B

Odp.:

promień zaczepiony w punkcie O

ϕ

cos

a

=

kt

ak

a

kt

ak

a

kt

ak

v

kt

ak

v

r

r

sin

2

cos

2

cos

sin

2

2

=

=

=

=

ϕ

ϕ

(okrąg)

a

/2

background image

4

Zadanie 5/8

Pr

ę

OM o długo

ś

ci wprawiony jest w ruch za pomoc

ą

 korby O

1

A

której k

ą

t obrotu wynosi ϕ=kt (k>0). 

Znale

źć

pr

ę

dko

ść

i przyspieszenie 

punktu M, gdy O

1

O

=O

1

A.

Odp.:

promień zaczepiony w punkcie O

0

4

2

0

2

=

=

=

=

α

α

a

l

k

a

kl

v

v

r

r

O

O

1

M

A

l

α

ϕ

Zadanie 6/8

Wewn

ą

trz rurki AB o długo

ś

ci mog

ą

cej obraca

ć

 si

ę

 wokół punktu A

znajduje si

ę

 suwak poł

ą

czony z punktem nitk

ą

 o długo

ś

ci l.

Znale

źć

tor, pr

ę

dko

ść

przyspieszenie suwaka, je

ś

li 

rurka tworzy z odcinkiem AC k

ą

ϕ=kt (k>0) a odcinek AC=l

A

ϕ

l

l

D

C

B

t

k

l

k

a

t

k

l

k

a

t

k

kl

v

t

k

kl

v

r

r

2

cos

2

2

sin

2

5

2

sin

2

2

cos

2

2

=

=

=

=

ϕ

ϕ

Odp.:

promień zaczepiony w punkcie A

2

sin

2

ϕ

l

=

background image

5

Zadanie 7/8

W mechanizmie przedstawionym na rysunku trzpie

ń

 AB porusza si

ę

 

w gór

ę

 ze stał

ą

 pr

ę

dko

ś

ci

ą

 u.

Poda

ć

równania ruchu 

punktu pr

ę

ta OC oraz 

warto

ść

pr

ę

dko

ś

ci tego 

punktu w momencie, gdy 
k

ą

t ϕ=π/4, je

ś

li w chwili 

pocz

ą

tkowej ϕ=0. Dane 

s

ą

wymiary oraz l

l

au

v

2

=

Odp.:

promień zaczepiony w punkcie O

l

ut

arctg

a

r

=

=

ϕ

O

ϕ

l

C

a

A

B

u

Zadanie 8/8

Korba OA, obracając się ze stałą prędkością kątową ω

0

wokół punktu O, przemiesz-

cza pręt AC połączony z nią przegubowo w punkcie i przesuwający się wewnątrz 
rurki  obracającej  się wokół nieruchomej  osi.  Znaleźć tor  punktu  C,  podać
równania  ruchu  oraz  obliczyć jego  prędkość i  przyspieszenie,  jeśli  w  chwili 
początkowej ϕ=0. Dane są wymiary ab(a<bl>a+b).

O

b

B

ϕ

C

A

a

l

α

2a

l-a-b

Odp.:

t

a

b

t

a

arctg

t

ab

b

a

l

r

0

0

0

2

2

cos

sin

cos

2

ω

ω

α

ω

=

+

=

promień zaczepiony w punkcie B