• توجه: در صورتی که از کاربران قدیمی ایران انجمن هستید و امکان ورود به سایت را ندارید، میتوانید با آیدی altin_admin@ در تلگرام تماس حاصل نمایید.

حركت دوراني و تحليل برداري

parisa

متخصص بخش
سؤال
دانيل بدشانس (D) داخل دايره‌اي گود مسابقات رم باستان مي‌افته كه شعاع a داره. خُب حتما در فيلم‌ها هم ديديد كه در اون زمان شير يا ببر رو وارد اون گود مي‌كردند و شواليه‌ها يا مبارزين بزرگ بايد با اين حيوانات وحشي دست و پنجه نرم مي‌كردند. ابتدا شير در مركز اين دايره‌ي گود o قرار داره و دانيل در محيط استراتژي با بالاترين سرعت خود u در محيط مي‌دود. شير هم سرعت خودش رو بالا مي‌بره U. در شكل حركت دانيل و شير رو مي‌بينيد. نشان دهيد كه r فاصله‌ي L از O چنين معادله‌اي داره:

com-ph-062-1.jpg
آيا r تابعي از t است؟ اگر U>u نشان دهيد شير، دانيل مي‌گيرد و بگوييد چقدر زمان مي‌برد؟نشان دهيد كه مسير شير يك دايره‌ است. براي حالت خاص كه U=u مسيري را كه شير طي مي‌كند، رسم كنيد و نقطه‌ي رسيدن شير به دانيل را پيدا كنيد.
com-ph-062-2.jpg
جواب
مختصات قطبي شير در شكل 2 نشان داده شده است. بردار سرعت شير:
com-ph-062-1-2.png
رابطه‌ي (1)تا وقتي شير در شعاع ODدر حال چرخيدن باشد سرعت زاوبه‌اي . و تا هنگامي كه شير با سرعت U در حال دويدن است:
com-ph-062-2-2.png
رابطه‌ي (2)كه مي‌توان آن را به‌صورت ذيل نوشت:
com-ph-062-3.png
رابطه‌ي (3)اين معادله بر حسب مختصات شعاعي (r) است. با ريشه‌ي مريع گرفتن و انتخب جواب مثبت:
com-ph-062-4.png
رابطه‌ي (4)كه معادله‌ي مرتبه‌ي اول جدايي‌پذير است. بدين صورت كه:
com-ph-062-5.png
رابطه‌ي (5) كه Cانتگرال‌گيري است. شرط اوليهr=0 در t=0در نتيجه C=0،
com-ph-062-6.png
رابطه‌ي (6) كه
com-ph-062-7.png
رابطه‌ي (7)
اين حل معادله‌ براي شعاع برحسب تابع زمان است. دانيل زماني به دام مي‌افتد كه r=0و اين زماني است كه
image018.gif
رابطه‌ي (8)اگر U≥uاين معادله يك جواب حقيقي خواهد داشت:
image019.png
رابطه‌ي (9)و بنابراين دانيل بعد از اين زمان گرفتار شير خواهد شد. وقتي θ=ut/aمعادله‌ي قطبي مسير شير چنين است:
image021.png
رابطه‌ي (10)

اگر اين را با معادله‌ي دايره متناظر بگيريم، آن را با مختصات دركارتي مي‌نويسيم. اگر هر دو طرف ضرب‌در شعاع r شوند دكارتي كار را ساده‌تر مي‌سازد. اين معادله بدين شكل مي‌شود:
image024.gif
و يا
image025.png

اين دايره‌اي است به مركز (0,Ua/2u) و شعاع Ua/2u. توجه كنيد كه شير دايره‌ي كامل را طي نمي‌كند. دانيل وقتي شير طول قوس
image028.gif
گرفتار مي‌شود. براي حالت خاص در U=u(بدين معني كه شير و دانيل سرعت يكساني دارند) مسير شير چنين است:
image030.gif
مركز و شعاع دايره كدام هستند؟
وقتي شير نيمي از دايره را پيموده دانيل گرفتار شير مي‌شود (شكل 2). نقطه‌ي فوق (0,a) است.
image031.png
 
بالا