Рассмотрим случай вращения твердого тела вокруг некоторой произвольной оси 00, (рис. 5.5). Вектор полного момента импульса L тела относительно неподвижной точки на оси вращения в общем случае не параллелен вектору угловой скорости о) и вычисляется согласно определению (4.36):
где ?j и V/ — радиус-вектор и скорость /-й частицы тела относительно полюса — некоторой точки О на рис. 5.5. Используем тот факт, что в системе координат, связанной с телом, составляющие вектора постоянны и скорость vi определяется как й,=1со,/*] согласно (2.20).
Тогда выражение (5.16) можно записать в виде
Отсюда проекция момента импульса на ось Xнеподвижной декартовой системы координат с началом в точке О определяется как линейная функция составляющих вектора угловой скорости со:
Аналогично вычисляются две другие проекции вектора L :
Введенные здесь девять коэффициентов 1тп (т, п — х, у, z) образуют квадратную матрицу, которая преобразуется как тензор второго порядка и называется тензором инерции (тензором момента инерции):
Диагональные компоненты тензора инерции — коэффициенты 7^, 7 , /_. — это моменты инерции тела относительно осей X, У и Z. Недиагональные компоненты тензора (5.17) называются центробежными моментами инерции тела. Поскольку / = 7 , Ixz = /,х и / = I , то тензор инерции является симметричным. В случае, когда масса т твердого тела непрерывно распределена по его объему, , 7 , Iопределяются по формулам (5.6а)—(5.6в). При этом центробежные моменты инерции будут определяться так:
Как известно, любой симметричный тензор или матрицу можно диаго- нализировать, т.е. для любого тела можно выбрать три такие взаимно перпендикулярные оси X, У, Z, для которых все недиагональные компоненты равны нулю и тензор инерции принимает вид
Такие оси являются главными осями инерции тела, а сохранившиеся диагональные компоненты тензора инерции — это главные моменты инерции. Тогда проекции момента импульса на главные оси инерции имеют вид
Как следует из полученных формул, даже в этом случае вектор Z не совпадает с вектором со по направлению.
Таким образом, тензор инерции любого тела зависит от точки, относительно которой он рассчитан. Когда ось вращения твердого тела закреплена и совпадает с одной из осей координат, например с осью Z, то вектор угловой скорости направлен по оси Z (соЛ. =cov, =0 и со. — со) и Т. = /„со=/со. Однако если ось вращения твердого тела не закреплена, то ее нельзя считать все время направленной вдоль фиксированной оси Z и необходимо вычислять все компоненты тензора инерции.
Подробно тут нечего объяснять. Учи формулы xD
Нам необходимо найти начальную скорость, т.к. она не указана в задаче)
Вычисляется по формуле Vo^2=2gh (Начальная скорость в квадрате)
V0^2 = 400. Корень из 400 = 20 - это наша начальная скорость.
Теперь нам известна начальная скорость и теперь нам надо найти обычную на десятой секунде полёта. Формула к ней выводится из уравнения равнопеременного прямолинейного движения. Vк^2-Vo^2 = 2aS. (Конечная скорость в квадрате минус начальная скорость в квадрате) В данной формуле вместо ускорения а у нас сила тяги g, которая равна 10. А наше расстояние S это высота подъема h, НА КОТОРОЙ МЫ ИЩЕМ СКОРОСТЬ ТЕЛА, т.е. 10 метров. Но мы не должны забывать,что тело замедляется во время полёта вверх, т.к. сила тяги g действует в обратную сторону (вниз), значит ее значение мы берем с минусом.
Таким образом у нас получается следующая формула :
Vк^2-Vo^2= -2gh. Находим Vк^2:
Vк^2 = -2gh+Vo^2
Vк^2 = -20*10 + 400
Vк^2 = 200
Корень из 200 примерно равен 14.
Наш ответ: Vк = 14 м/c
