Importanța acestor ecuații constă în simplificarea descrierii unui sistem de forțe prin reducerea gradelor sale mecanice de libertate . Un exemplu notabil de aplicare a acestor ecuații este introducerea modelului corpului rigid pentru a descrie obiecte solide.
În mecanica clasică , pentru a exemplifica pe cât posibil metodele de calcul necesare pentru rezolvarea oricăror probleme, este convenabil să introducem conceptul de sistem de mase .
Un sistem fizic, așa cum se poate înțelege cu ușurință, nu este altceva decât setul de corpuri, prin urmare înzestrat cu masă, punctiformă sau extinsă, obiectul studiului care urmează să fie efectuat. Sistemele de masă pot fi:
discrete , atunci când sunt compuse din corpuri asemănătoare punctelor;
Prima ecuație cardinală descrie mișcarea de translație a unui sistem în coordonate Lagrangiene și corespunde celui de-al doilea principiu al dinamicii . Un rezultat important din punct de vedere intuitiv este că „ centrul de masă se mișcă ca punct material cu masa egală cu masa totală a sistemului și supusă unei forțe egale cu rezultanta forțelor externe care acționează” . Acesta ia forma:
unde, pentru un sistem discret de {\ displaystyle n} particule,
{\ displaystyle \ mathbf {F} ^ {(e)} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {F} _ {i} ^ {(e)}} este rezultatul forțelor externe care acționează asupra sistemului,
{\ displaystyle \ mathbf {P} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {p} _ {i}} este impulsul total al sistemului,
{\ displaystyle M = \ sum _ {i = 1} ^ {n} m_ {i}} este masa totală a sistemului.
Se poate observa că prin plasare {\ displaystyle \ mathbf {F} = 0} , echivalent cu cerința ca un sistem să fie izolat mecanic , impulsul sistemului este găsit constant. Această teoremă este numită legea conservării impulsului .
{\ displaystyle \ mathbf {L} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {r} _ {i} \ times \ mathbf {p} _ {i}} este impulsul unghiular al sistemului
{\ displaystyle \ mathbf {M} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {r} _ {i} \ times \ mathbf {F} _ {i}} este momentul mecanic total care acționează asupra sistemului
{\ displaystyle \ mathbf {P} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {p} _ {i}} este impulsul sistemului
{\ displaystyle \ mathbf {v} _ {O}} este viteza polului , numele pe care îl dăm punctului arbitrar cu privire la care este calculat impulsul unghiular
În cazul în care viteza polului este zero sau este paralelă cu vectorul de impuls total al sistemului, ecuația ia forma simplificată
Din nou se observă că prin plasare {\ displaystyle \ mathbf {M} = 0} găsim rezultatul important al conservării impulsului unghiular .
Demonstrație
Sună-te {\ displaystyle r '_ {i} = r_ {i} -r_ {O}} poziția punctului i în sistemul de referință al polului și calculați impulsul unghiular al sistemului de puncte materiale avute în vedere în raport cu un pol {\ displaystyle O} :
A treia ecuație cardinală, prin conceptul de putere , oferă o descriere superioară a mișcării rototranslaționale a sistemului, dar nu este necesară pentru determinarea acestuia. Un rezultat important din punct de vedere intuitiv este că „în perfect acord cu mecanica lagrangiană , puterea derivă din tot felul de forțe generalizate ” . Acesta ia forma:
{\ displaystyle P = {\ frac {\ mathrm {d} {W}} {\ mathrm {d} t}}} este puterea și {\ displaystyle W}munca totală care acționează asupra sistemului
{\ displaystyle \ mathbf {F} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {F} _ {i}} este rezultatul forțelor externe care acționează asupra sistemului
{\ displaystyle \ mathbf {M} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} \ mathbf {r} _ {i} \ times \ mathbf {F} _ {i}} este momentul mecanic rezultat al forțelor externe care acționează asupra sistemului.
{\ displaystyle {\ boldsymbol {\ omega}} _ {O}} Și {\ displaystyle \ mathbf {v} _ {O}} sunt respectiv viteza unghiulară și viteza polului {\ displaystyle O} , adică punctul arbitrar cu privire la care se calculează momentul mecanic {\ displaystyle \ mathbf {M}} .
Demonstrație
Sună-te {\ displaystyle r '_ {i} = r_ {i} -r_ {O}} poziția punctului i în sistemul de referință al polului și calculați munca totală a sistemului de puncte materiale avute în vedere în raport cu un pol {\ displaystyle O} :