Занятие 1
Кинематика материальной точки.
1. Радиус-вектор частицы , где
– постоянный вектор,
– положительная постоянная. Найти: а) скорость и ускорение частицы в зависимости от времени
; б) промежуток времени, по истечении которого частица вернется в исходную точку, и ее путь при этом.
2. Частица движется по прямой со скоростью , где
и
– положительные постоянные. В момент времени
координата
. Найти зависимости скорости, ускорения и координаты от времени.
3. Радиус-вектор частицы , где
и
– положительные постоянные. Найти а) уравнение траектории
; б) зависимости от времени скорости
, ускорения
и модулей этих величин; в) зависимость от времени угла
между векторами
и
.
4. Ускорение частицы постоянно и направлено против положительного направления оси
. Уравнение траектории
, где
и
– положительные постоянные. Найти скорость в начале координат.
5. Частица движется по эллипсу с ускорением, параллельным оси
. Найти ускорение как функцию координаты
, если
,
.
Занятие 2
Уравнения движения материальной точки.
1. Частица движется в плоскости со скоростью
, где
и
– положительные постоянные. В начальный момент
. Найти уравнение траектории и радиус ее кривизны в зависимости от координаты
.
2. На наклонную под углом к горизонту плоскость с высоты
начал падать мяч. На каком расстоянии от места падения он упадет на плоскость вторично, если соударение упругое.
3. Мяч, брошенный с земли со скоростью под углом
к горизонту, прыгает по горизонтальной поверхности. Отношение скоростей мяча до и после удара постоянно и равно
. Найти время движения мяча и расстояние, пройденное им по горизонтали.
4. Выразите ускорение частицы в сферических координатах.
5. Выразите ускорение частицы в цилиндрических координатах.
Занятие № 3
Функция Лагранжа.
1. Составить функцию Лагранжа для математического маятника массой и длиной
с неподвижной точкой подвеса.
2. Составить функцию Лагранжа для математического маятника массой и длиной
, точка подвеса которого движется горизонтально с постоянной скоростью
в плоскости качаний маятника.
3. Составить функцию Лагранжа для математического маятника массой и длиной
, точка подвеса которого движется по наклоненной под углом
к горизонту прямой с постоянным ускорением
в плоскости качаний маятника.
4. Составить функцию Лагранжа для математического маятника массой и длиной
, точка подвеса которого совершает вертикальные колебания по закону
, где
и
– положительные постоянные.
5. Составить функцию Лагранжа и найти уравнение движения маятника, представляющего собой материальную точку массой
, подвешенную на невесомой нерастяжимой нити, навернутой на неподвижный горизонтальный цилиндр радиусом
. Длина свисающей в равновесии части нити равна
.
Занятие № 4
Уравнения Лагранжа.
1. К оси
однородного цилиндра массой
, который может кататься без скольжения по горизонтальной плоскости, прикреплен шарнирно однородный стержень
длиной
и массой
. Составить функцию Лагранжа и дифференциальные уравнения движения системы.
2. С помощью уравнений Лагранжа найдите ускорение груза
массой
. Тела
и
считать однородными цилиндрами равного радиуса и массами
и
соответственно. Нить невесомая и нерастяжимая; сопротивлением движению пренебречь.
3. С помощью уравнений Лагранжа найдите ускорение тела . Массы тел
и
равны
и
соответственно. Трением пренебречь.
4. С помощью уравнений Лагранжа найдите ускорение тел. Трением пренебречь.
5. Клин массой . находится на гладкой горизонтальной поверхности. С клина скатывается без скольжения однородный цилиндр массой
. Используя уравнения Лагранжа, найдите ускорение клина.
Занятие № 5
Уравнения Лагранжа и законы сохранения
1. На одном конце легкой нерастяжимой нити, перекинутой через легкий неподвижный блок, укреплен груз массой . По другому концу нити перемещается обезьяна массой
по закону
относительно нити. Найти функцию Лагранжа системы и закон движения обезьяны относительно Земли. Сопротивлением движению пренебречь.
2. Частица массой движется по гладкой кривой
. Ось
горизонтальна, ось
образует угол
с вертикалью. Найти функцию Лагранжа и интеграл энергии частицы.
3. Частица массой движется в однородном поле тяжести по циклоиде:
,
. Ось
направлена вертикально вверх. Найти функцию Лагранжа, первый интеграл и закон движения.
4. Два шарика с массами и
, соединенные легкой пружиной с жесткостью
и длиной
в ненапряженном состоянии, движутся по гладкой горизонтальной прямой. Найти лагранжиан и интегралы движения.
5. Частица массой движется по гладкой поверхности конуса с углом
при вершине. Ось конуса вертикальна. Найти функцию Лагранжа, первые интегралы и закон движения частицы.
Занятие № 6