Příklad 13

Nalezněte těžiště 1. závitu šroubovice

>    restart:with(student):with(plots):with(VectorCalculus):

Warning, the name changecoords has been redefined

Warning, the assigned names <,> and <|> now have a global binding

Warning, these protected names have been redefined and unprotected: *, +, ., Vector, diff, int, limit, series

Parametrické rovnice jsou

>    par:=x=r*cos(t),y=r*sin(t),z=v*t,t=0..2*Pi;

par := x = r*cos(t), y = r*sin(t), z = v*t, t = 0 .. 2*Pi

Vykreslíme tuto křivku, položme v=3, r=2 .

>    spacecurve([2*cos(t),2*sin(t),3*t],t=0..2*Pi,
axes=normal,thickness=5);

[Maple Plot]

Potřebné integrály jsou:

- délka křivky

>    s[gamma]:=Lineint(1,par);

s[gamma] := Int((diff(r*sin(t),t)^2+diff(v*t,t)^2+diff(r*cos(t),t)^2)^(1/2),t = 0 .. 2*Pi)

# Pomocí [...] je zapsán pouze index.

>    value(s[gamma]);

int((r^2*cos(t)^2+v^2+r^2*sin(t)^2)^(1/2),t = 0 .. 2*Pi)

Potřebujeme upravit výraz pod odmocninou

>    sg:=simplify(%,{cos(t)^2+sin(t)^2=1});

sg := 2*(v^2+r^2)^(1/2)*Pi

# Druhý parametr určuje rovnice, pomocí kterých se výraz zjednoduší.

Výpočet pomocí PathInt .

>    _s:=PathInt(1,[x,y,z] = Path(<r*cos(t),r*sin(t),v*t>,
t=0..2*Pi));

_s := int((r^2*cos(t)^2+v^2+r^2*sin(t)^2)^(1/2),t = 0 .. 2*Pi)

# Dále lze stejně upravit jako při výpočtu pomocí Lineint

- první statické momenty

>    M[x,y]:=Lineint(z,par);

M[x,y] := Int(v*t*(diff(r*sin(t),t)^2+diff(v*t,t)^2+diff(r*cos(t),t)^2)^(1/2),t = 0 .. 2*Pi)

>    M[y,z]:=Lineint(x,par);

M[y,z] := Int(r*cos(t)*(diff(r*sin(t),t)^2+diff(v*t,t)^2+diff(r*cos(t),t)^2)^(1/2),t = 0 .. 2*Pi)

>    M[x,z]:=PathInt(y,[x,y,z] = Path(<r*cos(t),r*sin(t),v*t>,
t=0..2*Pi));

M[x,z] := 0

# Pomocí příkazu PathInt  dostáváme hned výsledek.

>   

Vypočítejme hodnoty uvedených integrálů

>    Mxy:=value(M[x,y]);
Myz:=value(M[y,z]);
Mxz:=value(M[x,z]);

Mxy := 2*Pi^2*v*(v^2+r^2)^(1/2)

Myz := 0

Mxz := 0

Z výsledků je patrné, že těžiště leží na souřadnicové ose z , což je očekávaný výsledek. Zbývá určit jeho z -tovou souřadnici.

>    z[T]:=Mxy/sg;

z[T] := Pi*v

>   

>