background image

1

7. Ruch punktu we współrzędnych 

kartezjańskich

KINEMATYKA  PUNKTU

Zadanie 1/7
Punkt porusza się w jednej płaszczyźnie.
Znaleźć: 
1) równanie toru punktu,
2) położenie punktu w chwili początkowej,
3) prędkość i przyspieszenie punktu w charakterystycznych 

punktach toru

jeśli równania ruchu punktu mają postać:

a)

0

,

0

cos

sin

2

>

>

=

=

k

b

kt

b

y

kt

a

x

b)

0

,

0

2

>

>

=

=

b

a

at

y

t

b

x

c)

kt

b

y

kt

a

x

sin

cos

=

=

d)

t

y

t

x

20

4

15

2

=

=

e)

0

,

0

sinh

cosh

>

>

=

=

b

a

kt

b

y

kt

a

x

f)

t

y

t

x

2

sin

5

1

2

cos

4

2

+

=

+

=

g)

0

,

0

sin

2

cos

>

>

=

=

b

a

kt

b

y

kt

a

x

background image

2

Zadanie 2/7

Ci

ęż

ar 

C

przesuwany jest po pionowej prowadnicy za pomoc

ą

 linki 

przerzuconej przez niewielki kr

ąż

ek 

A

odległy od prowadnicy o 

wielko

ść

 

OA

=

a

.

u

a

A

O

C

x

Poda

ć

 pr

ę

dko

ść

 i przyspieszenie 

ci

ęż

aru w zale

ż

no

ś

ci od odległo

ś

ci 

OC

=

x

, je

ś

li swobodny koniec linki 

ci

ą

gni

ę

ty jest ze stał

ą

 pr

ę

dko

ś

ci

ą

 

u

.

3

2

2

2

2

x

a

u

x

a

x

x

u

x

C

C

=

+

=

&

&

&

Odp.:

Zadanie 3/7

Pr

ę

OA

obracaj

ą

c si

ę

 wokół nieruchomego punktu 

O

ze stał

ą

 

pr

ę

dko

ś

ci

ą

 k

ą

tow

ą

 

ω

0

, wprawia w ruch mały pier

ś

cie

ń

P

, nasuni

ę

ty 

na poziomo zamocowany drut 

d

. Punkt 

B

zamocowania drutu 

znajduje si

ę

w odległo

ś

ci 

b

od nieruchomego punktu 

O

.

Znale

źć

pr

ę

dko

ść

i przyspieszenie pier

ś

cienia w funkcji odci

ę

tej 

x

.

P

d

B

x

b

O

ω

0

(

)

(

)

2

2

2

2

0

2

2

0

2

x

b

x

b

x

x

b

b

x

+

=

+

=

ω

ω

&

&

&

Odp.:

background image

3

Zadanie 4/7

Suwak 

A

zaopatrzony w pionowy pr

ę

AB

porusza si

ę

 ze stał

ą

 

pr

ę

dko

ś

ci

ą

 

u

po prostej poziomej w ten sposób, 

ż

e pr

ę

t styka si

ę

 w 

punkcie 

M

z nieruchomym okr

ę

giem o promieniu 

r

ustawionym w 

płaszczy

ź

nie pionowej. 

Wyznaczy

ć

 pr

ę

dko

ść

 

i przyspieszenie 
punktu 

M

w funkcji 

k

ą

ta 

ϕ

. W chwili 

t

=0 

pr

ę

t zajmował

poło

ż

enie 

A

0

B

0

.

r

A

0

B

0

M

ϕ

u

A

x

y

ϕ

ϕ

3

2

cos

0

r

u

y

utg

y

x

u

x

M

M

M

M

=

=

=

=

&

&

&

&

&

&

Odp.:

Zadanie 5/7

Pr

ę

AB

o długo

ś

ci 

l

porusza si

ę

 w ten sposób, 

ż

e jego ko

ń

ce 

ś

lizgaj

ą

 si

ę

 po dwóch wzajemnie prostopadłych prostych.

x

y

l

a

M

B

A

x

A

v

A

a

A

(

)

(

)

2

3

2

2

3

2

2

2

2

A

A

A

A

A

A

M

A

A

A

M

A

M

A

M

x

l

x

a

a

x

l

l

a

y

x

l

l

ax

y

l

a

l

a

x

l

a

l

x

+

=

=

=

=

ν

ν

ν

&

&

&

&

&

&

Odp.:

Wyznaczy

ć

 pr

ę

dko

ść

 i przyspieszenie 

punktu 

M

, znajduj

ą

cego si

ę

 w odległo

ś

ci 

a

od ko

ń

ca 

A

, w zale

ż

no

ś

ci od poło

ż

enia

x

A

pr

ę

dko

ś

ci

v

A

i przyspieszenia

a

A

ko

ń

ca 

A

.

background image

4

Zadanie 6/7

Krzywka w kształcie półkola o promieniu 

r

porusza si

ę

 ruchem 

post

ę

powym ze stał

ą

 pr

ę

dko

ś

ci

ą

 

v

0

.

Znale

źć

 pr

ę

dko

ść

 i przyspieszenie pr

ę

ta 

opieraj

ą

cego si

ę

 na krzywce za po

ś

rednictwem 

rolki o promieniu 

ρ

i swobodnie poruszaj

ą

cego 

si

ę

w pionowej prowadnicy. W chwili 

pocz

ą

tkowej pr

ę

t zajmował najwy

ż

sze poło

ż

enie.

ρ

r

v

0

x

(

)

( )

(

)

(

)

( )

[

]

2

3

2

0

2

2

2

0

2

0

2

2

0

t

r

r

x

t

r

t

x

ν

ρ

ρ

ν

ν

ρ

ν

+

+

=

+

=

&

&

&

Odp.:

Zadanie 7/7

Kulka mo

ż

e przesuwa

ć

 si

ę

 w kanaliku w kształcie odcinka paraboli

o równaniu 

x

=

y

2

/4. Równocze

ś

nie przesuwana jest za pomoc

ą

prowadnicy poruszaj

ą

cej si

ę

ze stał

ą

pr

ę

dko

ś

ci

ą

ν

0

Odp.:

Znale

źć

 pr

ę

dko

ść

 i przyspieszenie kulki w chwili, gdy zajmuje ona 

poło

ż

enie okre

ś

lone przez współrz

ę

dn

ą

 

x

k

=4. W chwili pocz

ą

tkowej 

kulka zajmowała poło

ż

enie okre

ś

lone współrz

ę

dn

ą

 

x

0

ν

0

y

x

x

0

3

2

0

0

0

2

0

x

y

x

y

x

x

ν

ν

ν

=

=

=

=

&

&

&

&

&

&

background image

5

Zadanie 8/7

Ko

ń

ce linijki AB poruszaj

ą

 si

ę

 po dwóch wzajemnie prostopadłych 

prostych 

0x

0y

, przy czym k

ą

ϕ

=

ω

t

(

ω

=const).

Odp.:

Poda

ć

 równanie toru ruchu 

punktu 

M

znajduj

ą

cego si

ę

 w 

odległo

ś

ciach 

a

b

od ko

ń

ców 

linijki oraz obliczy

ć

 jego 

pr

ę

dko

ść

 i przyspieszenie w 

chwilach, gdy znajdzie si

ę

 on na 

prostych 

0x

oraz 

0y

.

x

B

A

M

a

b

0

ϕ

y

1

2

2

2

2

=

+

b

y

a

x

0

0

0

2

=

=

=

=

=

=

M

M

M

M

M

M

y

b

y

y

a

x

x

a

x

&

&

&

&

&

&

ω

ω

2

0

0

0

ω

ω

b

y

y

b

y

x

a

x

x

M

M

M

M

M

M

=

=

=

=

=

=

&

&

&

&

&

&

0

0

0

2

=

=

=

=

=

=

M

M

M

M

M

M

y

b

y

y

a

x

x

a

x

&

&

&

&

&

&

ω

ω

2

0

0

0

ω

ω

b

y

y

b

y

x

a

x

x

M

M

M

M

M

M

=

=

=

=

=

=

&

&

&

&

&

&

Zadanie 9/7

Pocisk wystrzelono z pr

ę

dko

ś

ci

ą

 pocz

ą

tkow

ą

 

ν

0

=700m/s pod k

ą

tem 

α

1

=60

o

do poziomu. Po jakim czasie 

t

nale

ż

y wystrzeli

ć

drugi 

pocisk pod k

ą

tem 

α

2

=45

o

i z tak

ą

sam

ą

pr

ę

dko

ś

ci

ą

pocz

ą

tkow

ą

, aby 

pociski zderzyły si

ę

w locie? Na jakiej wysoko

ś

ci 

h

i w jakiej 

odległo

ś

ci 

l

od miejsca wystrzału nast

ą

pi zderzenie? Opór powietrza 

pomin

ąć

, przyj

ąć

przyspieszenie ziemskie 

g

=9.81m/s

2

Odp.: 

t

=104.5sek, h=9786m, l=36575m

Zadanie 10/7

Punkt zakre

ś

la figur

ę

 Lissajous zgodnie z równaniami

Znale

źć

promie

ń

ρ

krzywizny toru w punkcie o współrz

ę

dnych

x

=0, 

y

=0.

Odp.: ρ=∞

t

a

y

t

a

x

ω

ω

sin

2

sin

=

=

background image

6

Zadanie 11/7

Punkt zakre

ś

la figur

ę

 Lissajous zgodnie z równaniami

Znale

źć

pr

ę

dko

ść

i przyspieszenie punktu oraz promie

ń

ρ

A

krzywizny 

toru w punkcie 

A

okre

ś

lonym współrz

ę

dn

ą

x

A

=5.

kt

y

kt

x

cos

3

sin

5

=

=

5

81

0

9

5

0

2

=

=

=

=

=

A

A

A

A

A

y

k

y

k

x

x

ρ

&

&

&

&

&

&

Odp.:

Zadanie 12/7

Ruch punktu opisany jest równaniami

Znale

źć

 równanie toru w postaci 

y(x)

oraz pr

ę

dko

ść

 i przyspieszenie 

punktu w zale

ż

no

ś

ci od jego poło

ż

enia.

(

)

0

,

,

>

=

=

k

f

d

fe

y

de

x

kt

kt

Odp.:

y

k

y

ky

y

x

k

x

kx

x

x

fd

y

2

2

=

=

=

=

=

&

&

&

&

&

&

Zadanie 13/7

W mechanizmie korbowym przedstawionym na rysunku korba 

OA

o długo

ś

ci 

r

obraca si

ę

 ze stał

ą

 pr

ę

dko

ś

ci

ą

 k

ą

tow

ą

 

ω

wokół

nieruchomego punktu 

O

Wyznaczy

ć

poło

ż

enie, pr

ę

dko

ść

i przyspieszenie tłoka 

B

w funkcji 

poło

ż

enia korby okre

ś

lonego k

ą

tem 

ϕ

. Stosunek długo

ś

ci korby do 

długo

ś

ci 

l

korbowodu 

AB

wynosi 

r

/

l

=

k

(0<k<1).

B

O

ω

ϕ

A

y

x

l

r

Odp.:

(

)

+

=

+

=

+

=

2

3

2

2

4

2

2

2

2

2

2

cos

1

cos

2

cos

sin

cos

1

2

2

sin

cos

cos

1

1

sin

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ω

ϕ

ϕ

ϕ

ω

ϕ

ϕ

k

k

k

r

x

k

k

r

x

k

k

r

x

B

B

B

&

&

&