纯滚动时,为什么质心加速度等于角加速度乘以半径,难道是质心加速度等于切向加速度?

教育小百科达人
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由静止开始,任意时刻t,圆柱磙子由左边位置滚动到右边位置,论心由O到O',B点到B'点,因为只滚不滑,所以,

AB弧长s=AB'=论心位移OO'

s=AB'弧=φR

ds/dt=dφR/dt=ωR

dω/dt=εR

即 轮心  vo=ωR  ,轮心ao=εR

刚体上各质点间的相互位置是不变的,平面运动的刚体只有一个角速度,一个角加速度,与所取的基点无关。

纯滚动属刚体平面运动。其平面图形上任一点运动的牵连运动等于随基点的平动;相对运动是绕基点的圆周运动

速度矢量等式:va=ve+vr=vo+vr,根据va=ve+vr=vo+vr,可求出A点瞬时速度vA大小va=vo+vr=ωR-ωR=0。所以A在任何时刻都是速度瞬心。但它不是加速度瞬心。

质点系的内力不能影响它的质心的运动;例如跳水运动员自跳板起跳后,不论他在空中再做何种动作,采取何种姿势,由于外力(重力)并未改变,所以运动员的质心在入水前仍沿抛物线轨迹运动。

扩展资料:

如果作用于质点系上外力的矢量和始终为零,则质点系的质心作匀速直线运动或保持静止;若作用于质点系上外力的矢量和在某轴上的投影始终为零,则质点系质心在该轴上的坐标匀速变化或保持不变。

若Δt→0,则这一比值就称为在瞬时t刚体转动的角加速度,记为ε,即ε= lim εm)(Δt→0=Δω/Δt=dω/dt)。

当作用于物体的力矩 是常数时,角加速度也会是常数.在这个等角加速度的特别状况里,此运动方程式会算出一个决定性的,单值的角加速度。

当作用於物体的力矩不是常数时,物体的角加速度会随时间而变,这方程式成为一个微分方程式,这微分方程式是此物体的运动方程式;它可以完全的描述此物体的运动。

参考资料来源:百度百科——角加速度

参考资料来源:百度百科——质心运动定理

200912春
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如图(1),由静止开始,任意时刻t,圆柱磙子由左边位置滚动到右边位置,论心由O到O',B点到B'点,因为只滚不滑,所以,

AB弧长s=AB'=论心位移OO'

s=AB'弧=φR

ds/dt=dφR/dt=ωR

dω/dt=εR

即 轮心  vo=ωR  ,轮心ao=εR

(注意:刚体上各质点间的相互位置是不变的,平面运动的刚体只有一个角速度,一个角加速度,与所取的基点无关。)

 

纯滚动属刚体平面运动。其平面图形上任一点运动的牵连运动等于随基点的平动;相对运动是绕基点的圆周运动。

即,速度矢量等式     va=ve+vr=vo

 加速度矢量等式     aa=ae+ar=ao+art+arn

 

你所说:“质心加速度等于切向加速度?”只是对于磙子边缘点的相对向加速度的大小,art=ao=εR ,由上面矢量等式可见,它只是该点加速度的一部分的大小。质心加速度不等于切向加速度。

追问
那么为什么滚子的角加速度乘以质心离瞬心的距离(就是半径),等于质心的加速度?是因为vo=ωR得出的滚子角加速度,等于vc=ωR得出的瞬心角加速度吗?
追答

关键是得认可前边所得出的几何关系:

AB弧长s=AB'=轮心位移OO'---前提是只滚不滑

轮心位移OO'是平动,以上的等式就把OO'的平动与轮缘上的点的圆周运动联系起来。

AB弧长s、AB'、轮心位移OO'均是时间t的函数,

则 v(t)=ds/dt=dφR/dt=ωR

     a(t)=dω/dt=εR         

二式是成立的

也就是对于轮心o而言,有:

vo(t)=doo'/dt=dφR/dt=ωR

ao(t)=dω/dt=εR

则,纯滚动时,滚子角加速度滚子角加速度关系 ε=ao/R    就是这么得出来的。并未涉及瞬心.

 

你问:“等于vc=ωR得出的瞬心角加速度吗?”见加速度是滚子的,不是瞬心的,

 

纠正一下,前边的回答,速度矢量等式     va=ve+vr=vo应当是va=ve+vr=vo+vr

根据va=ve+vr=vo+vr  ,可求出A点瞬时速度vA大小va=vo+vr=ωR-ωR=0

所以。A在任何时刻都是速度瞬心。但它不是加速度瞬心。

 

 

 

 

 

 

 

        

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