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