Естественные науки

Эадача о скользящей лестнице

Если стена и пол абсолютно гладки, то ничтожного отклонения от вертикали достаточно, чтобы лестница соскользнула со стены и упала на пол. Я попытался установить уравнение кривой, огибаемой лестницей длиной L при падении. Приняв за начало координат угол при основании левой стены, получил крайне сложное дифуравнение, которое вряд ли разрешимо в явном виде:
x^2*y'^4-2xyy'^3+(x^2+y^2-L^2)y'^2-2xyy'+y^2= 0.
Вопросы:
1. Неужели не существует более простое уравнение? (Дал в Интернете поиск: "Кривая, огибаемая падающей лестницей", и ничего не нашёл.)
2. Есть ли специальное название для той кривой (наподобие трактрисы, цепной линии и пр.)?
Я «переоткрыл» астроиду, пока решал задачу))
Я начал с того, что рассмотрел лестницу в некотором положении, описываемом уравнением:
y = y0 - (y0/x0)*x, где
y0^2 + x0^2 = L^2
Лестница, как и уравнение, немного смещается на dx по x:
y = y1 - (y1/x1)*x, где
x1 = x0 + dx
y1^2 = L^2 - (x0+dx)^2 = y0^2 - 2x0*dx
(Отбросим dx^2)
Где пересекаются два наших уравнения прямых?
x = (y0 - y1)/(y0/x0 - y1/x1)
y = y0*y1*(1/x0 - 1/x1)/(y0/x0 - y1/x1)
(если не ошибся)
х и у оказались функциями от x0, L и dx.
После упрощений, в том числе отбрасывая ряд корней вида sqrt(1+k*dx) ~ 1+k*dx/2 (по неравенству Бернулли, я получил:
y = (L^2 - x0^2 - x0*dx)/(sqrt(L^2-x0^2) + x0^2/sqrt(L^2 - x0^2))
x = x0^2(x0+dx)/sqrt(L^2-x0^2)/(sqrt(L^2-x0^2) + x0^2/sqrt(L^2 - x0^2))
В итоге, приравняв dx к нулю и немного упрощая знаменатель, я получил:
x = x0^3 / L^2
y = (sqrt(L^2-x0^2))^3 / L^2
Что уже выглядит как параметрически заданное уравнение, как позже выяснится для меня, астроиды))
Олеся Неверова
Олеся Неверова
89 359
Лучший ответ
Елена Волкова Не вдаваясь в подробности, задался тремя значениями параметра х0 и проверил значения х и у по вашим формулам:
при х0= 0 д. б. х= 0, у= L
при х0= Л д. б. х= L, у= 0
при х0= L/2*корень (2) д. б. х= у= L/4*корень (2).
Все сходятся. Делаю вывод, что наверняка ваши формулы верны.
Елена Волкова ...при х0= L д. б. х= L, у= 0...
Елена Волкова По второй анимации убедился: точно!
Я не совсем уловил, как падает лестница, и какая точка лестницы должна описать вашу кривую. Но вы определенно можете решить задачу о падающей лестнице, не переходя к рассмотрению какой-то ее точки. А потом уже посмотреть, как движется одна какая-то точка.
Елена Волкова Я как-раз хотел решать задачу, не рассматривая какую-либо точку кривой.
Пр. см. комменты к предыдущим ответам.
Иван Меркулов "не переходя к рассмотрению какой-то ее точки" ???надо взять ПРОИЗВОЛЬНУЮ точку и вывести уравнение ее траектории. как можно вывести ур-ние для лестницы в целом???
Иван Меркулов если вы вывели уравнение одной, но произвольной точки, значит вы будете знать к-ту любой точки лестницы в произвольный момент времени (уравнение движения)
Иван Меркулов ????есть твердое тело. мы хотим составить уравнение его движения (т. е. функцию координат от времени). таковое уравнение равносильно определению уравнений движения каждой точки тела, иными словами - его ПРОИЗВОЛЬНОЙ точки. Выбираем систему координат, в ней задаем координаты произвольной точки и начальный момент отсчета времени. Решаем... Далее, чтобы, например, определить траекторию середины лестницы, в общую формулу подставляем координаты середины и т. д....
Иван Меркулов "обобщенные координаты для положения тела" ???вы находитесь на ж/д путях с плотно закрытыми глазами и ушами. Вам сказали, что "обобщенные координаты" положения приближающегося поезда находятся в 0,5км от вас. Если это ваша пресловутая "обобщенная координата" головы состава, то у вас достаточно секунд, чтобы убраться. А если хвоста, то вас задавят через 0,0000001с. Есть разница? Координата корректно применима только к точке (абстрактной или материальной)
Иван Меркулов мое узкое понятие координаты меня вполне устраивает и морально и материально. Дискуссию закончил. Всего доброго
Что то я туплю а это часом не эллипс или окружность (взял книжки палочку и карандаш и смоделировал). Вот что выдал интернет http://www.kvant.info/panov/kot/kopernik.html
-- --
-- --
86 111
Елена Волкова Это - нечто другое. Я не выделяю какую-либо точку на лестнице, а черчу довольно большое число положений лестницы. Внизу будет густая сетка разнонаправленных касательных к некоторой кривой, уравнение которой и меня интересует.
Кривую может описать точка на лестнице, не лестница
Нея Ирина
Нея Ирина
33 697
Елена Волкова Я писал не "описывает", а "огибает".
кривая - это окружность .
Елена Волкова Можете убедиться, что горизонтальный и вертикальный радиусы этой "окружности" равны L, а косой, под углом 45о, равен (√2-1/2)L= 0,914L. Хороша окружность...
Юля Мясникова горизонтальный и вертикальный - это один и тот же радиус

Похожие вопросы