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即得返航轨迹方程:
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也是一条抛物线,如图1-33所示.回到此岸时,y=0,与出发点相距
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例11 半径R的圆环沿地面直线向右纯滚,转动角速度ω0为常量.以某时刻环心位置为原点,在地面系的竖直平面上设置极坐标系S,图1-34中半x轴代表的极轴方向水平朝右.同一时刻以环心位置为原点构建旋转极坐标系S′,极轴的初始方向也是水平朝右,S′系绕着过原点且垂直于极坐标平面的水平轴,相对S系顺时针方向旋转,角速度大小也是ω0.
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图 1-34
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(1)确定环心在S′系中的轨迹曲线;
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(2)说明圆环作为刚体,在S′系中是什么样的运动,并作图示意.
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解 过S,S′系坐标原点,按右手系规则设置重合的水平z,z′轴,S′系相对于S系绕z轴匀速转动,角速度
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(1)S,S′系的极坐标量变换关系为
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环心在S系的运动方程为 r=ω0Rt, θ=0,
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在S′系的运动方程便是 r′=ω0Rt, θ′=ω0t,
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即得轨迹曲线方程:r′=Rθ′,是阿基米德螺线.
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(2)圆环在S系中的运动可分解为随环心的平动和绕环心的转动,这一转动与S′系相对于S系的转动一致,故圆环在S′系中只有随环心的平动.运动示意参见图1-35,其中虚线为环心轨迹线,直径AB起着标志圆环在S′系中方位的作用.
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图 1-35
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例12 直角三角板ABC的边长BC=a,AC=b,开始时AB边靠在y轴上,B与坐标原点O重合.今使A点单调地沿y轴负方向朝O点移动,B点单调地沿x轴正方向移动,如图1-36所示.
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