7.4. Скорости и ускорения различных точек вращающегося тела

Определим скорость и ускорение любой точки в любой момент времени. Для этой цели установим зависимость между угловыми величи­нами , и , характеризующими вращательное движение тела, и линейными величинами и , характеризующими движение точек тела.

Допустим, что тело, показанное на рис. 7.5, вращается по закону, описываемому уравнением . Требуется определить скорость и ускорение точки А этого тела, расположенной на расстоянии ρ от оси вращения O. Пусть тело за некоторое время t повернулось на угол φ, а точка А, двигаясь по окружности из некоторого начального положения , переместилась на расстояние . Так как угол φ выражается в радианах, то

(7.7)

т. е. расстояние, пройденное точкой вращающегося тела, пропорционально его углу поворота. Расстояние S и угол поворота φ – функции времени, a ρ – величина, постоянная для данной точки. Продифференцируем по времени обе части равенства (7.7) и получим

но – скорость точки, a – угловая скорость тела, поэтому

, (7.8)

т. е. скорость точки вращающегося тела пропорциональна его угловой скорости.

Рис. 7.5. К определению скорости и ускорения точки

Из формулы (7.8) видно, что для точек, расположенных на оси вращения, и скорости этих точек также равны нулю. По мере изменения , т. е. у точек, находящихся дальше от оси вращения, скорости тем больше, чем больше значение . Пропорциональная зависимость скоростей различных точек вращающегося тела от их расстояний относительно оси вращения показана на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Распределение скоростей при вращательном движении твердого тела

Продифференцировав обе части равенства (7.8), имеем

,

но – касательное ускорение точки, a –угловое ускорение тела, значит

(7.9)

т. е. касательное ускорение точки вращающегося тела пропорцио­нально его угловому ускорению.

Подставив в формулу значение скорости из формулы (7.8), получим

(7.10)

т. е. нормальное ускорение точки вращающегося тела пропорционально второй степени его угловой скорости.

Из формулы после подстановки вместо и их значений из формул (7.9) и (7.10) получаем

(7.11)

Направление вектора ускорения, т. е. угол , определяется по одной из формул , причем последнюю из них теперь можно представить в таком виде:

(7.12)

Из формул (7.11) и (7.12) следует, что для точек тела при его вращательном движении по заданному закону можно сначала найти ускорение а, а затем разложить его на касательное ускорение и нормальное ускорение , модуль которых

и

7.5. Способы передачи вращательного движения

В технике часто возникает необходимость передачи вращательно­го движения от одной машины к другой (например, от электродвига­теля к станку) или внутри какой-либо машины от одной вращающейся детали к другой. Механические устройства, предназначенные для передачи и преобразования вращательного движения, называ­ются передачами.