me397 intermediate dynamics fall 2015 class notes 04

6

Click here to load reader

Upload: hilgad

Post on 14-Apr-2016

9 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Dynamics

TRANSCRIPT

Page 1: ME397 Intermediate Dynamics Fall 2015 Class Notes 04

ME397: Intermediate Dynamics  Lecture #04 

 

Copyright © Hilgad Montelo. All rights reserved.  

 

 

ME397: Intermediate Dynamics  

Department of Mechanical Engineering 

 

Lecture #04

September 8, 2015

Disclaimer: The contents of this document are scribe notes for The University of Texas at Austin ME397 Fall 2015, Intermediate Dynamics. 

 

 

 

Calculus Review

Note Taker: Hilgad Montelo ([email protected])  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 2: ME397 Intermediate Dynamics Fall 2015 Class Notes 04

ME397: Intermediate Dynamics  Lecture #04 

 

Copyright © Hilgad Montelo. All rights reserved.  

 

 

Summary 

Finish review about vectors; 

Rotation Matrices 

Vector Derivatives 

Angular Velocity 

Angular Acceleration 

Example 

 

Vectors 

Some important definitions: 

1) Reference Frame: A rigid 3D object that can hold points, curves, bodies, etc. 

2) Coordinate System: Embedded in a reference frame. It is a set of scalar 

quantities, (eq. angles, distances, etc.) used to specify points. 

Typical Coordinate Systems: 

a) Rectangular or Cartesian:  , ,  

b) Cylindrical (2D or Polar):  , ,  

c) Spherical:  , ,Φ 

 

3) Vector Bases: 3 linearly independent unit vectors that provide a sense of direction in 3D space. 

a1

a2

a3

 

Page 3: ME397 Intermediate Dynamics Fall 2015 Class Notes 04

ME397: Intermediate Dynamics  Lecture #04 

 

Copyright © Hilgad Montelo. All rights reserved.  

Difference between a Cartesian coordinate system and a Vector Basis (Text 

Book, Page 31) 

j

i

k

X

Z

YO

Cartesian Coordinate System

Vector Basis

 

Vectors functions of Scalar Variables 

W

b3b1

b2

a1

a2

a3

h

r

W Wall

D Door

Particle over the door

c

 

 is fixed in   D 

 is fixed in  D 

 is a function of   in  W 

 is a function of   in  D 

 is a function of   and  in  W 

 is fixed in   W 

both magnitude and direction do not change

 

Page 4: ME397 Intermediate Dynamics Fall 2015 Class Notes 04

ME397: Intermediate Dynamics  Lecture #04 

 

Copyright © Hilgad Montelo. All rights reserved.  

Derivatives 

0 The vector r has variation with respect to W when theta changes 

  0

 

The vector r has no variation with respect to D when theta changes  

0 The vector r has variation with respect to W when S changes 

0

 

The vector r has variation with respect to D when S changes 

 

 

Simple Rotation Matrices About one Axis (Text Book, Chapter 5) 

bx

by

Θ 

X

C

A

NB

ny

nx

N0

 

 

 

 

Page 5: ME397 Intermediate Dynamics Fall 2015 Class Notes 04

ME397: Intermediate Dynamics  Lecture #04 

 

Copyright © Hilgad Montelo. All rights reserved.  

ny

nx

Θ 

Θ 

 

 

 

 

 

Rotation Matrix Form

   

  0 

  0 

  0 0 1 

 

Rewrite: 

 

 

 

Note: 

 

 

3D rotation: 

∗ ∗  

 

 

 

Page 6: ME397 Intermediate Dynamics Fall 2015 Class Notes 04

ME397: Intermediate Dynamics  Lecture #04 

 

Copyright © Hilgad Montelo. All rights reserved.  

Vector Derivatives (Text Book, Chapter 6) 

ay

az

ax

ny

nx

nz

A

Ax

Ay

Az

N

A

 

Is a rotating reference frame with angular velocity  defined by  ,  ,  

Let   

 

 

Let