Задачи › Кинематика твёрдого тела, мгновенный центр вращения

Кривошипно-ползунный механизм

  1. Кривошипно-ползунный механизм

    «Гранит науки» 2020/21, 9–11 кл.
    4/10

    Рассмотрите кривошипно-ползунный механизм (1 – кривошип, 2 – шатун). Впервые их стали применять в античности, на римских пильных мельницах. Там вращение колеса, приводимого в действие силой падающей воды, преобразовывалось в возвратно-поступательное движение полотна пилы. Данный кривошип вращается с постоянной угловой скоростью \(\omega = 10\) рад/с. Найти уравнения движения, уравнение траектории и скорость точки \(L\) шатуна, если \(OA = AB = 90\) см, \(AL = \dfrac{1}{3}AB\).

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Точка \(L\) лежит на шатуне, поэтому её координаты выражаются через координаты точки \(A\) кривошипа и точки \(B\) ползуна. Исключение времени даст траекторию.

    Ответ

    \(x = 1{,}2\cos 10t\) м, \(y = 0{,}6\sin 10t\) м; траектория \(\dfrac{x^2}{1{,}44} + \dfrac{y^2}{0{,}36} = 1\); \(v = 6\sqrt{1 + 3\sin^2 10t}\) м/с.

    Решение

    Координаты точки \(A\): \((0{,}9\cos\omega t,\; 0{,}9\sin\omega t)\); точка \(B\) ползуна лежит на оси \(x\): \((1{,}8\cos\omega t,\; 0)\). Точка \(L\) делит отрезок \(AB\) так, что \(AL = \frac{1}{3}AB\), поэтому \[x = 0{,}9\cos\omega t + \tfrac{1}{3}\cdot0{,}9\cos\omega t = 1{,}2\cos 10t~\text{м}, \qquad y = 0{,}9\sin\omega t - \tfrac{1}{3}\cdot0{,}9\sin\omega t = 0{,}6\sin 10t~\text{м}.\] Исключив \(t\), получаем траекторию — эллипс с полуосями \(1{,}2\) м и \(0{,}6\) м: \[\frac{x^2}{1{,}2^2} + \frac{y^2}{0{,}6^2} = 1.\] Скорость точки: \[v_x = \dot x = -12\sin 10t~\text{м/с}, \qquad v_y = \dot y = 6\cos 10t~\text{м/с},\] \[v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{144\sin^2 10t + 36\cos^2 10t} = 6\sqrt{1 + 3\sin^2 10t}~\text{м/с}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи