Принцип возможных перемещений (§1 - §6)

Стационарные связи

Нестационарные связи

Геометрические связи

Кинематические связи (дифференциальные)

Интегрируемые связи

Неинтегрируемые связи

Голономные связи

Неголономные связи

неудерживающие связи

от таких связей система может «освобождаться»

Возможным перемещением механической системы будем называть любую совокупность элементарных перемещений точек этой системы из занимаемого в данный момент времени положения, которые допускаются всеми наложенными на систему связями

Перемещения должны быть элементарными, чтобы вид связи не изменился
Вид связи не должен измениться, даже при элементарном перемещении

бесконечно малые
происходят с сохранением всех наложенных на систему связей
происходят за некоторый промежуток времени

В случае голономных, идеальных, стационарных связей действительные перемещения являются частью виртуальных

Движущийся лифт

У механической системы с геометрическими связями число независимых координат, определяющих положение системы, совпадает с числом ее степеней свободы

Чтобы определить число степеней свободы, нужно последовательно предотвращать возможные перемещения

Все точки системы под действием приложенных сил находятся в покое по отношению к инерциальной системе отсчета («абсолютное равновесие»)

При идеальных связях позволяет исключить из рассмотрения все наперед неизвестные реакции связей

§ 3. Принцип возможных перемещений

Возможная работа – это элементарная работа, которую действующая на материальную точку сила могла бы совершить на перемещении, совпадающем с возможным перемещением этой точки ( )

(Σδ Ar ≥ 0)

− возможная работа активных сил

− возможная работа реакций связей

Постулат идеальных связей в 1806 году сформулировал Андре Мари Ампер

Обобщил на случай неудерживающих связей в
1838−1842 годах Михаил Васильевич Остроградский

Тогда для каждой точки системы уравнения равновесия

Просуммируем по всем точкам системы

По постулату идеальных связей

На неё наложены голономные, стационарные связи

или

Но это противоречит условию (*)

Когда приложенные силы к системе удовлетворяют условию (*), система из состояния покоя выйти не может, следовательно, это условие является достаточным условием равновесия системы

совершает действительное перемещение

, тогда

(*),

Если требуется определить какую-либо силу реакции идеальной связи, для которой R∙δr = 0, то следует, применяя принцип освобождаемости от связей, отбросить связь и заменить её искомой силой реакции. При составлении уравнения равновесия надо к задаваемым силам добавить эту силу реакции связи. Искомую величину определить из составленного уравнения равновесия.

ПВП устанавливает общее условие равновесия механической системы и позволяет при идеальных связях исключать из рассмотрения все наперед неизвестные реакции связей

Если система не становится неподвижной после остановки первого звена, то останавливают поступательное или вращательное движение второго звена механической системы. Если она становится неподвижной, то имеет две степени свободы. И так далее…

б) решают задачу аналитически или геометрически

1. Изобразить все активные силы

2. Показать на чертеже всем звеньям системы возможные перемещения δφk и δsk

3. Вычислить элементарные работы:

4. Графически выразить все перемещения δφk и δsk через одно

5. Составить уравнение ПВП:

6. Определить искомую величину

План решения аналитическим способом в случае, когда система обладает одной степенью свободы

1. Оси координат связать с телом, которое при любых возможных перемещениях остается неподвижным. Изобразить все заданные силы

2. В случае неидеальных связей добавить соответствующие силы реакций связи

4. Вычислить элементарные работы:

5. Составить уравнение ПВП:

6. Определить искомую величину

О

А

В

1. У системы 1 степень свободы

Решение

3. Возможные перемещения δsА и δsВ

Так как ОВ = 3 ОА, после дифференцирования δsВ = 3 δsА

4. δА(F) = F ∙ δsB и δА(Q) = Q ∙ δsА

5. F ∙ δsB − Q ∙ δsА = 0, ?

6.

1. У системы 1 степень свободы

Решение

3. Возможные перемещения δsК и δsБ

Так как VБ = 2 VК, то δsБ = 2 δsК

4. δА(F) = F ∙ δsБ и

5. F ∙ δsБ − Q ∙ δsБ sinα −
− 2P ∙ δsК sinα = 0, ?

6.

δА(Q) = −Q ∙ δsБ∙ sinα ,

δА(Р) = −Р ∙ δsК∙ sinα

Решение

3. Возможные перемещения δsС и δsВ, δsР

Т.к. δφА = δsС /ℓ1, а δφД = δsС/ℓ2, то δsВ = δφА∙b1= δsС∙b1 /ℓ1 и δsР = δφД∙b2= δsС∙b2 /ℓ2

4. δА(NB ) = − NB ∙ δsB и

5. Р ∙ δsР − NB ∙ δsB = 0, ?

6.

δА(P) = P ∙ δsР

2. Отбросим опору В, заменим NВ

Рассмотрим систему материальных точек, на которую наложены идеальные связи. Если ко всем точкам, кроме активных сил Fak и сил реакции Nk, добавить силы инерции Fинk = −mkak, то, по принципу Даламбера,

§ 5. Общее уравнение динамики

Общее уравнение динамики в аналитической форме

Определить угол подъема α шаров центробежного регулятора, вес грузов которого Р1 = Р2 и вес муфты Q

§ 6. Примеры решения задач

C1В1=C2В2=b;

α−?

Продифференцируем координаты

r1, r2, r, ρ1, ρ2

агр−?

I

II

εI

εII

Т.к.

=>

и