2 (t) = (1, 1, 1)t 2 + (1, 2, 2),gdzie poªo»enie mierzone jest w metrach, czas w sekundach. Znale¹¢ pr¦dko±¢ i przyspieszeniepunktu drugiego wzgl¦dem pierwszego.Zad. 3.27 Równania ruchu dwóch ciaª obserwowanych z pewnego ukªadu wspóªrz¦dnych wygl¡daj¡nast¦puj¡co:r 1 (t) = (t 2 + 3, t 2 + t + 2, t),r 2 (t) = (t + 1, 2t, 1).Znale¹¢ pr¦dko±¢ v 2,1 punktu drugiego wzgl¦dem pierwszego oraz przyspieszenie a 2,1 punktudrugiego wzgledem pierwszego.( − sinπ4 tˆx + cos π 4 tŷ) m/s, a =Zad. 3.28 Zbada¢ ruch punktu materialnego (tor, pr¦dko±¢, przyspieszenie), którego wektorwodz¡cy jest okre±lony wzorem r(t) = A cos ωtˆx + A sin ωtŷ, gdzie A = 6 m, ω = π 4 rad/s. Wjakich chwilach t wektor pr¦dko±ci i przyspieszenia jest równolegªy do osi ukªadu wspóªrz¦dnych?Odp. Ruch odbywa si¦ po okr¦gu x 2 + y 2 = 36 m, v = 3π 23π 2 (8 − cosπ4 tˆx − sin π 4 tŷ) m/s 2 . Wektor pr¦dko±ci jest równolegªy do osi x w chwilach t = 2+4n s,do osi y dla t = 0 + 4n s. Wektor przyspieszenia jest równolegªy do osi x w chwilach t = 0 + 4n s,do osi y dla t = 2 + 4n s, gdzie n jest dowoln¡ liczb¡ caªkowit¡.Zad. 3.29 Równania ruchu punktu maj¡ posta¢:x = A cos ωt,y = B sin ωt,gdzie A, B, ω s¡ staªe, A > B. Wykaza¢, »e torem punktu jest elipsa o póªosiach A i B skierowanychwzdªu» osi x i y. Wykaza¢, »e ruch punktu po elipsie jest niejednostajny i okre±li¢miejsca najwi¦kszej i najmniejszej pr¦dko±ci. Obliczy¢ wektor przyspieszenia (jaki ma kierunekoraz zwrot?) oraz okre±li¢ poªo»enia punktów, w których jego przyspieszenie ma najwi¦ksz¡ inajmniejsz¡ warto±¢. Odp. Tor ruchu opisuje równanie elipsy x2A + y2B= 1 o póªosiach A i B,przy czym osie wspóªrz¦dnych le»¡ wzdªu» osi elipsy. Poniewa» A > B, elipsa jest wydªu»onaw kierunku osi x (rys. 8a). υ = ω √ A 2 sin 2 ωt + B 2 cos 2 ωt. Pr¦dko±¢ ma warto±¢ maksymaln¡υ max = Aω, gdy faza ruchu równa si¦ 90 ◦ oraz 270 ◦ i minimaln¡ υ min = Bω, gdy ωt = 0i 180 ◦ ; innymi sªowy, gdzie najwi¦ksza krzywizna elipsy tam najmniejsza pr¦dko±¢ ruchu.a = −ω 2 (A cos ωtˆx + B sin ωtŷ) = −ωr(t), zatem przyspieszenie jest wprost proporcjonalnedo wektora wodz¡cego r i zawsze skierowane przeciwnie ni» r. a = ω 2√ A 2 cos 2 ωt + B 2 sin 2 ωt.Punkt osi¡ga maksymalne przyspieszenie a max = ω 2 A, gdy faza ruchu wynosi 0 i 180 ◦ , minimalnea min = Bω 2 , gdy ωt = 90 ◦ oraz 270 ◦ ; zatem w miejscach najwi¦kszej pr¦dko±ci punktu przyspieszeniejest najmniejsze, za± w miejscach najmniejszej pr¦dko±ci przyspieszenie jest najwi¦ksze(rys. 8a).Zad. 3.30 Ruch punktu opisany jest równaniami:(x = a 2e kt + e −kt) ,(y = a 2e kt − e −kt) ,14
Rys. 8:gdzie a i k s¡ staªe. Znale¹¢ i narysowa¢ tor, po których punkt si¦ porusza. Napisa¢ pr¦dko±¢ υi przyspieszenie a punktu jako funkcj¦ bezwzgl¦dnej warto±ci wektora wodz¡cego r punktu. Odp.Tor ruchu opisuje równanie hiperboli równoosiowej x 2 − y 2 = a 2 o wierzchoªkach ai oraz −aioraz asymptotach y = x i y = −x. Z równa« ruchu wynika, ze punkt porusza si¦ po krzywej,dla której x > 0 (rys. 8b). υ = kr oraz a = k 2 r, zatem warto±¢ pr¦dko±ci i przyspieszenia ro±nie,kiedy punkt oddala si¦ od wierzchoªka hiperboli.Zad. 3.31 Pr¦t o dªugo±ci AB porusza si¦ tak, »e jego punkty ko«cowe A i B ze±lizguj¡ si¦ poosiach x, y pewnego prostok¡tnego ukªadu wspóªrz¦dnych (rys. 9a). Wyznaczy¢ tor, jaki b¦dziezakre±laª przy tym ruchu dowolnie obrany punkt M pr¦ta. Odp. Punkt b¦dzie poruszaª si¦ poelipsie x2 + y2= 1 o póªosiach a i b le»¡cych wzdªu» osi x i y.a 2 b 2Rys. 9:Zad. 3.32 Zakªadaj¡c, »e koniec B pr¦ta z poprzedniego zadania porusza si¦ ruchem jednostajnymze staª¡ pr¦dko±ci¡ υ 0 , a w chwili pocz¡tkowej t = 0 pr¦t tworzy z prowadnic¡ k¡t ϕ 0 znale¹¢ruch punktu M oraz jego pr¦dko±¢.Odp. r M (t) = a lv M (t) = aυ 0l(ˆx −((l cos ϕ 0 + υ 0 t) ˆx +l cos ϕ 0 +υ 0 t√l 2 sin 2 ϕ 0 −2υ 0 lt cos ϕ 0 −υ 2 0 t2 ŷ√)l 2 sin 2 ϕ 0 − 2υ 0 lt cos ϕ 0 − υ0 2t2 ŷ ,), gdzie l = a + b jest dªugo±ci¡ pr¦ta.Zad. 3.33 Zakªadaj¡c, »e koniec B pr¦ta z poprzedniego zadania porusza si¦ ze staªym przyspieszeniema 0 > 0 znale¹¢ ruch punktu M. Przyj¡¢ x B (0) = d oraz ẋ B (0) = 0. Odp. r M (t) =(√ald + 1 2 a 0t 2) ( ) 2ˆx + b ll 2 − d + 1 2 a 0t 2 ŷ.15