Какую траекторию при движении автомобиля описывает точка на ободе его колеса относительно прямолинейной дороги?

Соколов Андрей Михайлович

Преподаватель Физтех-лицея

Проверено учителем

Точка на ободе колеса автомобиля, движущегося равномерно и прямолинейно по ровной дороге без проскальзывания, описывает кривую, называемую обыкновенной циклоидой. Геометрическое определение Циклоида — это траектория точки, закрепленной на окружности, которая катится по прямой линии без скольжения. Математически это движение можно представить как сумму двух векторов:

  1. Поступательное движение центра колеса вдоль дороги.
  2. Вращательное движение точки вокруг этого центра.

Уравнение движения Если колесо радиуса Rcap R катится вдоль оси Oxcap O x, а в начальный момент времени ( t=0t equals 0) искомая точка находится в начале координат (касается земли), то её положение в любой момент времени описывается следующими параметрами: x=R(tsint)x equals cap R open paren t minus sine t close paren y=R(1cost)y equals cap R open paren 1 minus cosine t close parenЗдесь параметр tt соответствует углу поворота колеса в радианах. Характерные особенности траектории

  • Форма арок: Траектория состоит из бесконечной последовательности одинаковых арок. Каждая арка начинается и заканчивается в точках касания обода с дорогой.
  • Точки возврата (касания): В моменты, когда точка касается дорожного полотна, её мгновенная скорость относительно земли становится равной нулю. В этих местах на графике образуются острые «клювы» (каспы).
  • Максимальная высота: В верхней точке траектории (когда точка находится на вершине колеса) её высота над дорогой равна 2R2 cap R, а мгновенная скорость относительно дороги в два раза превышает скорость самого автомобиля ( 2v2 v). Длина пути: Длина одной полной арки циклоиды (за один оборот колеса) составляет 8R8 cap R. Это больше, чем путь, пройденный центром колеса ( 2πR6.28R2 pi cap R is approximately equal to 6.28 cap R).

Я могу рассчитать параметры траектории для конкретного радиуса колеса или составить таблицу скоростей точки в разных фазах движения. Хотите, чтобы я это сделал?

Форма ответа

Ваш аватар