KIN-05-3 Kinematika vázané soustavy hmotných bodů
Bod se pohybuje po přímkové trajektorii , bod po kružnici .
Vazba je realizována lanem, vedeným po oblouku kružnice . Výchozí polohy bodů jsou označeny , .
Dáno:
konstanty , ;
rychlost bodu
Určit:
délku lana ;
zrychlení bodu ;
kinematické veličiny bodu :
, , .
Řešení:
Délka lana je dána délkou oblouku mezi body , .
Zrychlení bodu . Protože rychlost je dána jako funkce dráhy , použijeme vztah
Poloha bodu je na kružnici jednoznačně určena polohovým úhlem .
Určíme jej z vazebné podmínky pro délku lana
takže
 |
(1) |
Pro pomocný úhel platí
 |
(2) |
takže
To ale platí, jen pokud část lana leží na oblouku kružnice . Tedy jen pokud (podle obrázku)
Omezení pro tak vychází
Pro se situace změní.
Kosinová věta pro obecný je
 |
(3) |
takže
 |
(4) |
Protože
 |
(5) |
je
Nakonec úplný výsledek
Další kinematické veličiny vyjádříme v souřadnicovém syslému "tečna, normála".
Rychlost bodu je derivace proběhnuté dráhy podle času
Proběhnutá dráha je v našem případě délka oblouku , tedy
Je tedy
Časovou derivaci určíme implicitním derivováním. Pro budeme derivovat vztahy (1) a (2).
 |
(6) |
 |
(7) |
takže
přičemž závisí na podle (2).
Pro budeme derivovat (3) a (5) s výsledkem
 |
(8) |
 |
(9) |
takže
přičemž závisí na podle (4). Nakonec po úpravě a dosazení
kde
|
(10) |
Zrychlení bodu má složku normálovou a tečnou .
Protože poloměr křivosti kružnice je , platí pro normálovou složku
neboli
když pro opět platí (10).
Tečná složka zrychlení je derivace podle času, tj.
Pro budeme derivovat (6) a (7)
Po úpravě a dosazení , máme
V intervalu derivujeme (8) a (9).
Z toho po úpravě a dosazení
|