理论教育 Maple理论力学.Ⅱ:位置、速度、加速度、位移

Maple理论力学.Ⅱ:位置、速度、加速度、位移

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般来讲,满足约束条件的位置、速度、加速度和位移分别称为可能位置、可能速度、可能加速度和可能位移。

Maple理论力学.Ⅱ:位置、速度、加速度、位移

一般来讲,满足约束条件的位置、速度、加速度和位移分别称为可能位置、可能速度、可能加速度和可能位移。今后我们将研究自由质点系或者有式(17-1)和式(17-2)形式的非自由质点系。

1.可能位置

非自由系统的质点不能在空间中任意运动,约束容许的坐标、速度和加速度应该满足由约束方程(17-1)和方程(17-2)导出的某些关系式。

设给定某个时刻t=t,如果构成系统的各点的矢径ri=rii=1,2,…,n)满足几何约束方程(17-1),则称在该给定时刻系统处于可能位置。

2.可能速度

假设函数fkakiak0的相应导数存在且连续。

约束也限制系统中的速度。为了得到这些限制的解析形式,将式(17-1)的两边对时间求导,求导时ri是时间的函数,于是得到由几何约束方程(17-1)导出的如下微分约束:

当系统在给定时刻处于可能位置时,满足线性方程(17-2)和方程(17-3)的矢量978-7-111-42985-2-Part01-82.jpg集合称为该时刻的可能速度。在给定时刻存在无穷多个可能速度vi。(www.daowen.com)

3.可能加速度

为了得到约束限制系统各点加速度的解析表达式,将式(17-2)和式(17-3)对时间求导,得

当系统在给定时刻处于可能位置、具有可能速度时,满足线性方程(17-4)和方程(17-5)的矢量978-7-111-42985-2-Part01-84.jpg集合称为该时刻的可能加速度。在给定时刻存在无穷多个可能加速度ai

4.可能位移

设rit)具有三阶以上连续导数,在给定时刻t=t∗系统处于矢径ri=ri∗确定的某个位置,并具有可能速度978-7-111-42985-2-Part01-85.jpg和可能加速度978-7-111-42985-2-Part01-86.jpg,在t=tt时刻系统相应的可能位置为ri+Δri,则Δri称为系统从时刻t=t的给定位置ri在Δt时间内的有限可能位移。对于充分小的时间Δt=dt,Δt→0时,对应充分小的位移dri称为系统在时刻t=t给定位置ri∗的可能位移。对于充分小的dt系统可能位移可以写成为

忽略式(17-6)中dt的高阶项,有978-7-111-42985-2-Part01-88.jpg。如果将可能速度满足的式(17-2)和式(17-3)乘以dt,则得到可能位移满足的相对dt线性方程组

在式(17-8)中的函数akiak0以及在式(17-7)中的偏导数都是在t=tri=ri时计算的。当系统在给定时刻处于可能位置时,满足线性方程(17-7)和线性方程(17-8)的位移dri=drii=1,2,…,n)集合称为该时刻的可能位移。在给定时刻存在无穷多个可能位移dri

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