刚体运动学公式

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柒叶47
2023-04-22 · TA获得超过322个赞
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在任何外力的作用下不发生形变的物体。刚体是理想化的物体(说白了就是现实不存在)。并且可视为由无限多个彼此间距离保持不变的质元组成的质点系(就是可以看做很多个质点组成的)。

平动:刚体在运动过程中,其上任意两点的连线始终保持平行。(平动没有什么好说的,就可以当做一个质点来进行计算,基本上大家利用高中所学的知识就能够完成平动的计算)。

转动:刚体上所有质点都绕同一直线做圆周运动。这种运动称为刚体的转动。这条直线称为转轴。(这部分才是刚体力学的重点,下面的部分讲的就是刚体的转动部分)。

角动量: L=\omega\sum_{i=0}^{n}{m_{i} r_{i}^{2}}。

推导过程:因为我们知道平动的物体动量就是 p=mv ,在转动过程中对于刚体中任意一质点的角动量 L_{i}=m_{i}v_{i}r_{i} ,而我们又知道 v=\omega r ,所以 L_{i}=m_{i}\omega_{i}r_{i}^{2} ,而之前就讲过了,我们可以把刚体看成无穷多个质点。所以我们把所有的质点全部加起来就是整个刚体的角动量 L_{i}=\sum_{i=0}^{n}{m_{i}\omega_{i}r_{i}^{2}} ,而同轴转动的物体,角速度相同。所以我们得到了公式: L=\omega\sum_{i=0}^{n}{m_{i} r_{i}^{2}} 。

转动定理:刚体在做定轴转动时,刚体的角加速度与它所受到的合外力矩成正比,与刚体的转动惯量成反比。 M=J\alpha (力矩=转动惯量*角加速度)(相信大家看到这里都发现了一些联系,在平动之中 F=ma ,是不是感觉很相似呢)。

推导过程: J\alpha=\alpha\sum_{i=0}^{n}{m_{i} r_{i}^{2}}=\sum_{i=0}^{n}{\alpha m_{i} r_{i}^{2}}=\sum_{i=0}^{n}{F r_{i}}=M (这里的M是合力矩)。

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