1第5章刚体的定轴转动和转动定律解读.ppt

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1第5章刚体的定轴转动和转动定律解读

(3) 考虑滑轮与轴承间的摩擦力矩 ,转动定律 结合(1)中其它方程 A B C 小 结 刚体的概念 刚体的平动和转动 刚体转动的角速度和角加速度 力矩 转动定律 转动惯量 几种刚体的转动惯量 垂直于杆的轴通过杆的中心 J=m l 2/12 垂直于杆的轴通过杆的端点 J=m l 2/3 对通过盘心垂直盘面的转轴 J=mR 2/2 第5章作业: 习 题: 5—14,16,17 * * * * * * 第5章 刚体力学基础 动量矩 第1章 质点运动学 physics 第5章 刚体力学基础 动量矩 第5章 刚体力学基础 刚体定轴转动定律 角动量定理 结构框图 角动量 角动量变化率 转动惯量 角动量守恒定律 力矩作功 转动动能 动能定理 刚体转动 角量 角速度、角加速度 角量与线量关系 刚体运动学 刚体动力学 力矩 牛顿定律 一、刚体的基本运动 说明: ①刚体是一个物体,可视为由许多质点组成;因此研究质点系的方法和得出的一般结论均适合刚体。 ②刚体是物理学中的一个理想模型,绝对的刚体是不存在的。 1.刚体概念(rigid body ) 在外力作用下,形状和大小都不发生变化的物体 . (任意两质点间距离保持不变的特殊质点组) 刚体的运动形式:平动、转动 . 刚体平动 质点运动 平动:若刚体中所有点的运动轨迹都保持完全相同,或者说刚体内任意两点间的连线总是平行于它们的初始位置间的连线 . 2、刚体的基本运动 转动:刚体中所有的点都绕同一直线做圆周运动. 转动又分定轴转动和非定轴转动 . 刚体的平面运动 . 3、 刚体定轴转动的角速度和角加速度 参考平面 角位移 角坐标 0 q 0 q 约定 沿逆时针方向转动 沿顺时针方向转动 角速度矢量 方向: 右手螺旋方向 参考轴 角加速度 1) 每一质点均作圆周运动,圆面为转动平面; 2) 任一质点运动 均相同,但 不同; 3) 运动描述仅需一个坐标 . 定轴转动的特点 刚体定轴转动(一维转动)的转动方向可以用角速度的正负来表示 . 4 、匀变速转动公式 刚体绕定轴作匀变速转动 质点匀变速直线运动 当刚体绕定轴转动的角加速度为恒量时,刚体做 匀变速转动 . 刚体匀变速转动与质点匀变速直线运动公式对比 5 、角量与线量的关系 注意:?、?是矢量,由于在定轴转动中轴的方位不变,故用正负表示其方向。整个刚体只有一个?和一个?,转动刚体上各点速度和加速度的大小都与该点到转轴的距离成正比。 唯一 飞轮 30 s 内转过的角度 例1 一飞轮半径为 0.2m、 转速为150r·min-1, 因受制动而均匀减速,经 30 s 停止转动 . 试求:(1)角加速度和在此时间内飞轮所转的圈数;(2)制动开始后 t = 6 s 时飞轮的角速度;(3)t = 6 s 时飞轮边缘上一点的线速度、切向加速度和法向加速度 . 解 (1) t = 30 s 时, 设 .飞轮做匀减速运动 时, t = 0 s (2) 时,飞轮的角速度 (3) 时,飞轮边缘上一点的线速度大小 该点的切向加速度和法向加速度 转过的圈数 二、力矩 转动定律 ? 1、力矩( torque) 刚体绕 O z 轴旋转 , 力 作用在刚体上点 P , 且在转动平面内, 为由点O 到力的作用点 P 的矢径 . P * O 对转轴 Z 的力矩 单位: 牛顿米 : 力臂 方向:右手螺旋法则 大小: P * O 注意: 1)同一个力对空间不同参考点的力矩不同。力平行于轴或者通过轴时,力矩为零。 2)多个力作用在刚体上时,合外力矩为外力矩的和,而不是合外力的矩。 O 讨论 1)若力 不在转动平面内,把力分解为平行和垂直于转轴方向的两个分量 2)合力矩等于各分力矩的矢量和 其中 对转轴的力 矩为零,故 对转轴的力矩 O 3) 刚体内作用力和反作用力的力矩互相抵消 O 1)单个质点 与转轴刚性连接 2、转动定律(law of rotation) ~利用力矩定义+牛顿第二定律,研究刚体作定轴转动的动力学规律。 质点的角加速度与质点所受的力矩成正比 应用牛顿第二定律,可得: 对刚体中任一质量元 -外力 -内力 采用自然坐标系,上式切向分量式为: 2)刚体 把刚体看成是由许多质点所组成的 O 用 乘以上式左右两端:

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