半径为r的圆轮沿水平直线轨道上作纯滚动(图4-2-6),轮心为C;轮边上一点M开始时与轨道上O点重合,在任意瞬时t,MC与垂直轨道的CH夹角(来学网)=ωt,其中角速度ω=常量。试求M点的运动方程式、速度和加速度。
正确答案:
点M作平面曲线运动。取坐标系O,在瞬时t,轮与轨道上H点接触,此时动点M的坐标为
=OA=OH-AH=-AH=r-rsin=r(ωt-sinωt);=CH-CB=r-rcos=r(1-cosωt)此即M点的运动方程式,也可看作以t为参数的M点轨迹方程,这是一条旋轮线。M点的速度在坐标轴上的投影分别为v=rω(1-cosωt);v=rωsinωt。;cos(v,)0=v/v=(1-cosωt)/;cos(v,)-v/v=sinωt/。M点的加速度在坐标轴上的投影分别为a=rωsinωt;a=rωcosωt。;cos(a,)-a/a=sinωt;cos(a,)=a/a=cosωt。可见a沿MC并由M指向C。讨论:当t=0时,=0,=0,即M与轨道上O点重合,=ωt=0,此时v=0;又当t=2π/ω(或4π/ω,6π/ω,……)时,即I点的位置:=OI=2πr,=0,V=0。可见,当轮子作纯滚动时,轮边与轨道接触点的速度为零。