Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...

Статьи Чертежи Таблицы О сайте Реклама
Произвольное движение твердого тела в пространстве складывается из движения какой-нибудь одной точки этого тела и вращения тела вокруг этой точки. Кинематике точки была посвящена предыдущая глава. Настоящая глава посвящена кинематике вращательных движений твердого тела.

ПОИСК



Кватернионное сложение поворотов Топология многообразия поворотов твердого тела

из "Основы теоретической механики Изд2 "

Произвольное движение твердого тела в пространстве складывается из движения какой-нибудь одной точки этого тела и вращения тела вокруг этой точки. Кинематике точки была посвящена предыдущая глава. Настоящая глава посвящена кинематике вращательных движений твердого тела. [c.23]
В этих обозначениях в один класс попадают все последовательности поворотов, которые получаются одна из другой четной подстановкой (напомним, подстановка называется четной, если она состоит из четного числа инверсий двух соседних элементов). Переход от класса I к классу И, а также от класса III к классу IV осуществляется нечетной подстановкой. [c.24]
Таким образом, из двенадцати возможных последовательностей поворотов вокруг координатных осей существенно различными являются лишь четыре. Последовательности из I и П класса называются углами конечного вращения первого рода. Последовательности из III и IV — углами конечного вращения второго рода. [c.25]
Нижеследующая теорема доказывает, что для определения положения твердого тела трех углов достаточно. [c.25]
Теорема. Любое положение твердого тела может быть получено тремя последовательными плоскими поворотами из любого начального положения любым из указанных выше способов. [c.25]
На рис. 6 изображен параллелепипед, у которого противоположные грани отождествлены и каждой точке которого соответствует единственное положение твердого тела. При этом в силу доказанной теоремы оказываются исчерпанными все положения тела. Между тем взаимно однозначного соответствия между положениями тела и точками изображенного параллелепипеда нет. [c.26]
Если угол / равен тг/2 или Зтг/2, то ось г после второго поворота занимает положение оси х и третий поворот складывается с первым поворотом, образуя единый плоский поворот а+7. Иными словами, множеству точек a-f7 = onst, 3 = тг/2 соответствует одно положение твердого тела. Если / = Зтг/2, то этим свойством обладает множество а — 7 = onst. Этот факт является общим для углов конечного вращения первого рода. Для углов второго рода плоскостями, в которых нарушается единственность представления положений твердого тела тремя углами, являются плоскости / = О и / = тт. [c.26]
Это неудобство углов конечного вращения заставляет искать другие способы задания положений твердого тела, не имеющих указанных вырождений. [c.26]
следовательно, А Л = Е — произведение транспонированной матрицы на саму эту матрицу равно единичной матрице. Это условие означает, что столбцы матрицы А представляют собой ортонорь мированную систему (сумма квадратов элементов столбца равна единице, а скалярное произведение различных столбцов друг на друга равно нулю). Такие матрицы называются ортогональными. [c.27]
Пример. Рассмотрим преобразование поворота на угол (р вокруг оси X. Поскольку первая координата вектора R при этом не изменяется, будем считать, что он целиком лежит в плоскости у г (рис. 7). [c.27]
Здесь учтено, что в плоскости гх положительным является поворот от оси г к оси х. [c.28]
Отметим важнейшие свойства ортогональных матриц. [c.28]
Свойство 2. Из алгебры известно, что если с1е1 Л ф О, то сушествует и единственна матрица, обозначаемая и удовлетворяющая свойству А А = АА = Е. Это означает, что в случае ортогональных матриц А = А и АА = Е, т.е. не только столбцы представляют ортонормированную систему, но и строки тоже. [c.28]
Свойство 4. Поскольку операция произведения матриц является ассоциативной, то из предыдущих двух свойств вытекает, что множество всех ортогональных матриц образует группу. (Напомним, в алгебре группой называется любое множество элементов, в котором есть единица и для каждого элемента существует обратный в силу единственной ассоциативной операции. См. гл. 11.) Эта группа имеет стандартное обозначение 0(3). Множество ортогональных матриц с положительным детерминантом образует подгруппу. Ее обозначают 50(3). Читается это обозначение так специальная, ортогональная группа преобразований трехмерного пространства в себя. [c.28]
Свойство 5. Между всеми ортогональными матрицами (с1е1 Л = = 1) и всеми поворотами твердого тела существует взаимнооднозначное соответствие. [c.28]
группа 50(3) является основной математической моделью множества всех поворотов твердого тела. Она представляет собой конфигурационное многообразие твердого тела с одной неподвижной точкой. [c.28]
Свойство 8. Собственные векторы и собственные числа ортогональных преобразований. [c.29]
Следовательно, х = 1,у = 0, z = 0. Таким образом, в полученном решении следует оставить знак плюс. [c.30]


Вернуться к основной статье

© 2025 Mash-xxl.info Реклама на сайте