1. Automaattinen aurinkopaneelin kääntölaite seuraa kello

1.
Automaattinen aurinkopaneelin kääntölaite seuraa kelloohjattuna auringon liikettä. Paneeli pyörii jalustansa ympäri
kulmavauhdilla φ̇ (vakio). Samanaikaisesti kallistuskulman
muutosnopeus horisonttiin nähden on θ̇ (vakio). Määritä
paneeliin sidotun xyz-koordinaatiston kantavektoreiden muutosnopeudet (lausuttuina xyz-koordinaatiston kannassa) käyttäen luennolta 2 tuttua yhteyttä ė = ω × e kantavektoreiden
muutosnopeuksille.
Kappalekoordinaatiston akseli z 0 säilyy koko ajan tasossa ja antennin kaltevuus muuttuu
rotaationa sen ympäri (vaikeampi tapaus). Toisaalta samaan aikaanpaneeli on rotaatiossa
jalustansa pystyakselinsa Y ympäri.
Summataan kulmanopeuden molemmat komponentit ja saadaan
ω = φ̇J + θ̇k,
joka pitäisi vielä vääntää kappalekoordinaatistoon. Tarkastellaan tilanteen geometriaa kulman θ muuttuessa.
Oheisen kuva näyttää J-kantavektorin jaon kappalekoordinaatiston i- ja j-kantavektoreiden suuntaiisiin komponentteihin (huomaa, että kulma φ ei vaikuta tähän relaatioon). Kuvan ja trigonometrian perusteella
J = sin θi + cos θj
ja kulmanopeudelle kappalekoordinaatiston kannassa
ω = φ̇J + θ̇k = φ̇ sin θi + φ̇ cos θj + θ̇k.
Käytetään sitten yhteyttä ė = ω × e:
i̇ = (φ̇ sin θi + φ̇ cos θj + θ̇k) × i = −φ̇ cos θk + θ̇j
j̇ = (φ̇ sin θi + φ̇ cos θj + θ̇k) × j = φ̇ sin θk − θ̇i
k̇ = (φ̇ sin θi + φ̇ cos θj + θ̇k) × k = −φ̇ sin θj + φ̇ cos θi
Nämä matriisimuodossa esitettynä antavatkin jo vastauksen:
  
 
0
θ̇
−φ̇ cos θ  i 
 i̇ 
j̇ =  −θ̇
0
φ̇ sin θ  j
 
 
k
k̇
φ̇ cos θ −φ̇ sin θ
0
J
θ j
i
θ