A főtengelyproblémához

Hasonló dokumentumok
Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

Érdekes geometriai számítások 10.

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

A hordófelület síkmetszeteiről

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Egy általános helyzetű lekerekített sarkú téglalap paraméteres egyenletrendszere. Az egyenletek felírása

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Egy mozgástani feladat

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Példa keresztmetszet másodrendű nyomatékainak számítására

A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

További adalékok a merőleges axonometriához

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Fa rudak forgatása II.

Egy sajátos ábrázolási feladatról

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa keresztmetszeti jellemzőiről

Egy geometriai szélsőérték - feladat

A szabályos sokszög keresztmetszetű rúd keresztmetszeti jellemzőiről

A térbeli mozgás leírásához

A rektellipszis csavarmozgása során keletkező felületről

A gúla ~ projekthez 2. rész

Egy kinematikai feladathoz

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

w u R. x 2 x w w u 2 u y y l ; x d y r ; x 2 x d d y r ; l 2 r 2 2 x w 2 x d w 2 u 2 d 2 2 u y ; x w u y l ; l r 2 x w 2 x d R d 2 u y ;

Egy érdekes nyeregtetőről

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

A közönséges csavarvonal érintőjének képeiről

Lövés csúzlival. Egy csúzli k merevségű gumival készült. Adjuk meg az ebből kilőtt m tömegű lövedék sebességét, ha a csúzlit L - re húztuk ki!

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Egy újabb térmértani feladat. Az [ 1 ] könyvben az interneten találtuk az alábbi érdekes feladatot is 1. ábra.

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa kis elmozdulásainak számításáról

A tűzfalakkal lezárt nyeregtető feladatához

Vontatás III. A feladat

A magától becsukódó ajtó működéséről

A véges forgatás vektoráról

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

A Cassini - görbékről

Egy kinematikai feladat

Az egyköpenyű forgáshiperboloid síkmetszeteiről

Példa: Háromszög síkidom másodrendű nyomatékainak számítása

A lengőfűrészelésről

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

Egy felszínszámítási feladat a tompaélű fagerendák témaköréből

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Fénypont a falon Feladat

A kerekes kútról. A kerekes kút régi víznyerő szerkezet; egy gyakori változata látható az 1. ábrán.

Kiegészítés a merőleges axonometriához

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Poncelet egy tételéről

Érdekes geometriai számítások Téma: Szimmetrikus kontytető tetősíkjai lapszögének meghatározásáról

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

A ferde tartó megoszló terheléseiről

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

8. előadás. Kúpszeletek

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Egy háromlábú állvány feladata. 1. ábra forrása:

Egy szép és jó ábra csodákra képes. Az alábbi 1. ábrát [ 1 ] - ben találtuk; talán már máskor is hivatkoztunk rá.

A visszacsapó kilincs működéséről

A ferde szabadforgácsolásról, ill. a csúszóforgácsolásról ismét

A csavarvonal axonometrikus képéről

A csavart oszlop előállításáról

A kardáncsukló kinematikája I. A szögelfordulások közti kapcsolat skaláris levezetése

Kúp és kúp metsződő tengelyekkel

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

A Kepler - problémáról. Megint az interneten találtunk egy szép animációt 1. ábra, amin elgondolkoztunk: Ezt hogyan oldanánk meg? Most erről lesz szó.

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Az éjszakai rovarok repüléséről

Forgatónyomaték mérése I.

A fő - másodrendű nyomatékok meghatározása feltételes szélsőérték - feladatként

T s 2 képezve a. cos q s 0; 2. Kötélstatika I. A síkbeli kötelek egyensúlyi egyenleteiről és azok néhány alkalmazásáról

Keresztezett pálcák II.

A zsugorodási viszonyszám, illetve százalék Keylwerth - féle képletének levezetése

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

A középponti és a kerületi szögek összefüggéséről szaktanároknak

Átírás:

1 A főtengelyproblémához Korábbi, az ellipszis perspektivikus ábrázolásával foglalkozó dolgozatainkban előkerült a másodrendű görbék kanonikus alakra hozása, majd ebben a főtengelyrendszert előállító elforgatási szög meghatározása. Az internetes szakirodalom - keresés / kutatás során rábukkantunk egy képletre, amely újnak tűnt számunkra. Most ezt vizsgáljuk meg. A főtengelyrendszer helyzetét megadó φ* elforgatási szögre fennáll, hogy ( 1 ) ahol A, B, C az alakú másodrendű görbe három állandója, és A 0, B 0, C 0. Szeretnénk az ( 1 ) megoldását jelentő φ* szögre az alábbi korlátozást kiróni: ( 2 ) ( 3 ) Mi lesz ekkor φ* kifejezése? Írjuk fel φ* - ot az alábbi alakban! ( 4 ) ahol ϑ egy meghatározandó mennyiség. Most ( 4 ) - ből: ( 5 ) innen: ( 6 ) majd ( 1 ) és ( 6 ) - tal: ( 7 ) innen reciprok - képzéssel: ( 8 ) ebből pedig ( 9 )

2 Végül ( 4 ) és ( 9 ) - cel: ( 10 ) A ( 10 ) képletre bukkantunk az [ 1 ] munkában. Itt azt írják, hogy ( 1 ) mindig megoldható a ( 10 ) formában. A ( 3 ) korlátozást pedig [ 2 ] szerint így indokolhatjuk: ~ ha akkor így ; ~ ha akkor így ~ ezek szerint elegendő a szögtartományt vizsgálni. A Szilárdságtanban fentiek a fő másodrendű nyomatékokat megadó tengelyek megkere - sésénél hasznosíthatók. Ekkor A I x1, C I y1, B I x1y1, amivel az ( 1 ) képlet a ( 11 ) alakot veszi fel. Ekkor (10 ) átmegy a ( 12 ) alakba. Az itt előforduló eseteket az 1. ábra foglalja össze, jelöléssel. 1. ábra forrása: [ 2 ] Az I. és a II. esetben I x = I min, a III. és a IV. esetben I x = I max. Talán meglepő, de a tárgyalás ezen formájával korábban még ( így ) nem találkoztunk. Most le kell ellenőriznünk, hogy a ( 12 ) képlet rendesen működik - e. Ezt az 1. ábra példáján visszük végig.

3 Az I. eset ( I y1 > I x1, I x1y1 > 0 ) vizsgálata Az inercianyomatékok és a deviációs nyomaték kifejezései ekkor, ha a téglalap rövidebb oldala b, a hosszabb oldala h, és a főtengelyrendszerben ismert ( 13 ) fő másodrendű nyomatékokból indulunk ki: ( 14 ) ( 15 ) ( 16 ) Most kiszámítjuk az alábbi segédmennyiséget, ( 14 ), ( 15 ) és ( 16 ) - tal: ( 17 ) Majd ( 12 ) és ( 17 ) - tel: ( 18 ) A ( 18 ) összefüggés megfelel az 1. ábra 1. rész - ábrájának, azaz ( 19 ) vagyis a φ I * = α 0 szöggel való forgatás során az x 1 tengelyt visszük át az x tengelybe. Itt a ( 12 ) képlet közvetlenül működött.

4 A II. eset ( I y1 > I x1, I x1y1 < 0 ) vizsgálata Ekkor a megfelelő képletek az alábbiak: ( 20 ) ( 21) ( 22 ) Továbbá: ( 23 ) Most ( 12 ) és ( 23 ) - mal: ( 24 ) Az 1. ábra 2. rész - ábrájával összevetve ez azt jelenti, hogy ( 25 ) majd ebből: ( 26 )

5 Ez azt jelenti, hogy a φ II * szöggel való forgatás során az x 1 tengelyt az y tengelybe visszük át ( π / 2 α 0 ) szögű, illetve az x 1 tengelyt az x tengelybe ( α 0 ) szögű forgatással. Látjuk, itt a ( 12 ) képlet csak közvetve működik. A III. eset ( I y1 < I x1, I x1y1 > 0 ) vizsgálata Ekkor a fő másodrendű nyomatékok kifejezései: ( 27 ) az eredeti Ox 1 y 1 tengely - rendszerben számított másodrendű nyomatékok kifejezései: ( 28 ) ( 29 ) ( 30 ) Továbbá: ( 31 ) Most ( 12 ) és ( 31 ) - gyel: ( 32 )

6 Az 1. ábra 3. rész - ábrájával összevetve ez azt jelenti, hogy ( 33 ) majd ebből: ( 34 ) Ez azt jelenti, hogy a φ III * szöggel való forgatás során az x 1 tengelyt az y tengelybe visszük át ( π / 2 α 0 ) szögű, illetve az x 1 tengelyt az x tengelybe ( α 0 ) szögű forgatással. Látjuk, itt is a ( 12 ) képlet csak közvetve működik. A IV. eset ( I y1 < I x1, I x1y1 < 0 ) vizsgálata Ekkor a megfelelő kifejezések az alábbiak: ( 35 ) ( 36 ) ( 37 ) Továbbá: ( 38 ) Majd ( 12 ) és ( 38 ) - cal:

7 ( 39 ) A ( 39 ) összefüggés megfelel az 1. ábra 4. rész - ábrájának, azaz ( 40 ) vagyis a φ IV * = α 0 szöggel való forgatás során az x 1 tengelyt visszük át az x tengelybe. A ( 12 ) képlet tehát itt is közvetlenül működött. Tapasztalataink szerint tehát a ( 12 ) képlet úgy működik, hogy ~ az I. és a IV. esetben: ~ a II. és a III: esetben: Ez azt jelenti, hogy a ( 12 ) képletet sem szabad gépiesen használni. Látjuk, hogy a ( 3 ) relációnak megfelelő ( 4 ) alakú kifejezés nem működik közvetlenül. De mit tehetünk így? Keressünk ( 4 ) alakú, 2 - lépéses megoldást! Ehhez tekintsük a 2. ábrát is! 2. ábra

8 Itt azt szemléltettük, hogy a keresztmetszeti síkidom esetében milyen koordináta - transzformációkat alkalmazunk, a súlyponti főtengelyrendszer megkeresése során: ~ az O 1 x 1 y 1 párhuzamos eltolással, ~ az Oxy pedig O = O 1 körüli forgatással áll elő, a kiindulási O 2 x 2 y 2 k. r. - hez képest. A közvetlen feladatunk a φ* forgatási szög meghatározása. Mint az előzmények során láttuk, ez kétféle értéket vehet fel, melyekre fennáll, hogy egyik a másik ellentettje. Érvényesítjük, hogy a főtengelyrendszert megadó forgatási szög kifejezése ( 4 ) alakú legyen. Vagyis: ( 41 ) ( 42 ) Látjuk, hogy ekkor már eleget tettünk a ( 3 ) korlátozásnak is, hiszen összefoglalóan írható, hogy: ahol ( 43 ) Ezzel pontosítottuk a ( 10 ) képlet után mondottakat. Megjegyzések: M1. Az a tény, hogy ( 1 ) vagy ( 11 ) egyetlen φ* megoldására fennáll, hogy φ 2 * = φ 1 *, közvetlenül belátható:

9 M2. Azért beszélünk egyetlen φ* megoldásról, mert a fenti két eset közül csak az egyik következik be; ugyanis az x 1 tengelyt kell valamekkora φ* szöggel elforgatnunk, hogy az x főtengelyhez jussunk. Az y 1 tengely merőleges az x 1 tengelye, így y 1 automatikusan ugyanúgy fordul, mint az x 1 tengely. M3. ( 41 ) és ( 42 ) szerint ( 12 ) így írható át végleges, tömör alakjába:. ( 44 ) Ezt kiegészíthetjük azzal ld. 1. ábra!, hogy ( 45 / 1 ) ( 45 / 2 ) M4. Úgy tűnik, van értelme a főtengely - probléma ( 44 ), ( 45 ) alakú megoldásáról beszélni, mert előny származik belőle. Meglehet, a kezdő szilárdságtani tanulmányoknak nem lesz része, de később nagyon is érdemes lehet visszatérni rá. M5. Az 1. ábra magyarázatát szolgálhatják az alábbiak is. Az eredeti O x y k. r. - hez képest φ szöggel elforgatott Oxy k. r. - ben ( ahol O O ) a másodrendű nyomatékok kifejezései az alábbiak ld. pl. [ 2 ]! : ( 46 ) ( 47 ) ( 48 ) Ha akkor főtengelyrendszerben vagyunk, melyre I xy = 0, így ( 48 ) - ból: ( 49 ) Majd ( 46 ) és ( 47 ) - tel is: ( 50 ) ( 51 ) Most képezzük ( 50 ) és ( 51 ) különbségét! Ekkor, felhasználva, hogy ( 52 )

10 kapjuk, hogy ( 53 ) Ezután ( 53 ) két átalakítását végezzük el, ( 49 ) - et is felhasználva. ezzel: ( 54 ) Hasonlóképpen: ezzel: ( 55 ) Az ( 54 ) és ( 55 ) egyenletek képezik az 1. ábra magyarázatának egy másik alapját. Minthogy a cos2φ* szögfüggvény a ( π / 2, + π / 2 ) intervallumban megtartja pozitív előjelét, így ( 54 ) szerint: ( 56 / 1 ) vagyis: ( 56 / 2 )

11 Most ( 54 ) és ( 55 ) - tel: ( 57 ) Ezután tekintsük az 1. ábrának megfelelő 4 esetet! 1. eset: ekkor ( 57 ) szerint ( e1 ) 2. eset: ekkor ( 57 ) szerint ( e2 ) 3. eset: ekkor ( 57 ) szerint ( e3 ) 4. eset: ekkor ( 57 ) szerint ( e4 ) Úgy tűnik, sikerült az 1. ábra magyarázatát megtalálni. Érdekességként megemlítjük, hogy az ( 56 ), ( 57 ) szerinti képletekre egy [ 3 ] - ból vett ötlet vezetett. Források: [ 1 ] Ruslan A. Sharipov: Course of Analytical Geometry 2. English Edition, Université du Quebec `a Chicoutimi, 2013., 202. o. [ 2 ] I. A. Birger ~ R. R. Mavljutov: Szoprotyivlenyije matyerialov Moszkva, Nauka, 1986., 8. fejezet, 30. pont [ 3 ] John Casey: A treatise on the analytical geometry of the point, line, circle and conic sections Longmans, Green & Co., London, 1893., 547. o. Sződliget, 2016. 01. 05. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár