刚体定轴转动

刚体定轴转动

刚体内有一直线保持不动的运动,简称转动。这固定的直线称为刚体的转轴。显然,刚体内的其他各点分别在垂直于转轴的各平面内作圆周运动,圆心都在转轴上。

    • 中文名:刚体定轴转动
    • 外文名:rotation of a rigid body about a fixed axis

简介

刚体内任一点Q和其圆周轨迹中心O'的连线O'Q(图1)称为该点的转动半径。从固定平面Ozx到转动平面OzQ的转角φ,可用来确定该刚体的瞬时位置。转角φ随时间t的变化规律称为刚体的转动方程,写作:

φ=ft

转角φ的变化Δφ与对应时间间隔Δt的比值Δφ/Δt=ω*称为平均角速度。当Δt→0时,ω*所趋的极限ω称为(瞬时)角速度,即

当角速度ω随时间t变化时,其变化Δω与对应时间间隔Δt的比值Δω/Δt=ε*称为平均角加速度。当Δt→0时,ε*所趋的极限ε称为(瞬时)角加速度,即

刚体的角速度和角加速度都可表示为沿转轴Oz(单位矢为k)的滑动矢量。(图2)。角速度矢ω和角加速度矢ε可分别写作ω=ωkε=εk

转动刚体内任一点Q的线速度v等于v=ω×r,且v=ω·O´Q。点Q的线加速度α为:

α=αt+αn=ε×r+ω×v

αt =ε·O´Qαn=ω·O´Q

上式中r为转轴上任一点O到点Q的矢径,而αtαn分别是点Q的切向和法向加速度(见加速度)。

刚体转动惯量的大小与下列因素有关:

(1)形状大小分别相同的刚体质量大的转动惯量大;

(2)总质量相同的刚体,质量分布离轴越远转动惯量越大;

(3)对同一刚体而言,转轴不同,质量对轴的分布就不同,转动惯量的大小就不同。

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