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:
- Поступательное движение центра колеса вдоль дороги.
- Вращательное движение точки вокруг этого центра.
Уравнение движения Если колесо радиуса катится вдоль оси , а в начальный момент времени ( ) искомая точка находится в начале координат (касается земли), то её положение в любой момент времени описывается следующими параметрами: Здесь параметр 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 , а мгновенная скорость относительно дороги в два раза превышает скорость самого автомобиля ( ). Длина пути: Длина одной полной арки циклоиды (за один оборот колеса) составляет . Это больше, чем путь, пройденный центром колеса ( ).
Я могу рассчитать параметры траектории для конкретного радиуса колеса или составить таблицу скоростей точки в разных фазах движения. Хотите, чтобы я это сделал?