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通过积分,也可以得到轨道方程.研究行星绕日运动时,通过动力学关系导出vr,vθ分布后,积分便得行星运动轨道.
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例8 狐狸沿半径R的圆轨道以恒定速率v奔跑,在狐狸出发的同时,猎犬从圆心出发以相同的速率v追击过程中,圆心、猎犬和狐狸始终连成一直线.取圆心O为坐标原点,从O到狐狸初始位置设置极轴,建立极坐标系.
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(1)导出猎犬vr,vθ,ar,aθ与猎犬所在位置参量r,θ间的关系;
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(2)确定猎犬运动轨道的极坐标方程,并画出轨道曲线;
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(3)判断猎犬能否追上狐狸?
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解 (1)狐狸圆运动角速度为
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当狐狸在θ角位置时,圆心O、猎犬D及狐狸F共线,如图1-23所示,故猎犬的横向速度为
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图 1-23
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径向速度为
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横向、径向加速度分别为
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可得猎犬的轨道方程为
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猎犬的轨道曲线如图1-23中虚线所示,是半径为R/2且与原R圆相切于(r=R,θ=π/2)点的半圆.
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(3)猎犬、狐狸以相同速率v,在相同时间内分别经过半径为R/2的半圆周和半径为R的四分之一圆周,一起到达图1-23中的P点,猎犬在此追上狐狸.
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