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5 质点角动量定理, 角动量守恒

基本要求;刚体(rigid body) :在外力作用下,形状和大小都不发生变化的物体。(或:任意两质点间距离保持不变的特殊质点系)。;转动:刚体中所有点同时都绕同一直线做圆周运动。 转动又分定轴转动、非定轴转动(绕定点转动或绕瞬心转动)。;;刚体的一般运动:;预备知识:二矢量的矢积(叉乘);角动量概念的建立,和转动有密切的关系。;大小:;在直角坐标系中,力矩可表示为:;质点系所受的总力矩(对同一参考点):;P;O;3) 刚体内部,作用力和反作用力对同一点(或转轴)的力矩互相抵消。;例:一匀质细杆,长为 l 质量为 m ,在摩擦系数为 ? 的水平桌面上转动,求:摩擦力的力矩 M阻。;R;1、质点的角动量[旧称动量矩] (Angular Momentum);2)角动量与位矢有关,说到角动量时必须指明是对哪一参照点而言;;3) 在直角坐标系中,角动量的表达式为:;例如,电子绕核运动,具有轨道角动量,电子还有内禀的自旋运动,因而具有自旋角动量,等等。;;例2:有一个质量为 m = 1 kg 的物体, 在力  的作用下运动。     当 t = 0 时, 求: t = 1s时对原点       此1s内,力所做的功?对物体冲量?;质点对参考点O 的角动量随时间的变化率,等于作用于质点的合力对该点 O 的力矩 。;冲量矩;质点所受对参考点 O 的合力矩总为零时,质点对该参考点 O 的角动量为一恒矢量。 ;  例如,行星在绕太阳的运动中,对太阳的角动量守恒;人造地球卫星绕地球运行时,它对地心的角动量守恒;电子绕原子核运动时,电子对原子核的角动量守恒。;摆球受力如图。;;例5 一半径为 R 的光滑圆环置于竖直平面内。一质量为 m 的小球穿在圆环上,并可在圆环上滑动。小球开始时静止于圆环上的点 A (该点在通过环心 O 的水平面上),然后从 A 点开始下滑。设小球与圆环间的摩擦略去不计。求:小球滑到任意点 B 时对环心 O 的角动量和角速度。;考虑到;例6 :用绳系一小球使它在光滑的水平面上做匀速率圆周运动,其半径为 r0 ,角速度为ω0 。现通过圆心处的小孔缓慢地往下拉绳使半径逐渐减小。求:当半径缩为 r 时的角速度。; 应用角动量守恒定律可以证明;在dt时间间隔内,; 在低轨道上运行的地球卫星,由于大气摩擦阻力对地心的矩不为零,其对地心的角动量不守恒。在此力矩的作用下,卫星的角动量值不断减小,最后陨落地面。;例7: 一颗地球卫星,近地点181km,速率8.0km/s,远地点327km,求:在远地点处的卫星速率。;质点系的角动量定理;质点系的角动量定理推导;—角动量定理的微分形式; 若质点系所受的外力对某固定参照点的力矩的矢量和为零,则质点对该固定点的角动量守恒。;(1);O;缠卧衡着摩涉映洒碱嚏诺酵袖俊甄丝狸炎衣碘悄彭蒸阑筹械仔金羌陀积络5 质点角动量定理, 角动量守恒5 质点角动量定理, 角动量守恒;;2、[刚体]定轴转动的角动量定理; 内力矩不改变系统的角动量。;讨论;解:两飞轮通过摩擦达到共同速度,合外力矩为0,系统角动量守恒。;王注: 对点和对轴转动情形都可用上式定义,但其中的 r 含义不同(教材中只涉及对定轴转动情形): 对参考点转动:r 为各质点(元) 到参考点的距离; 对参考轴转动:r 为各质点(元) 到转轴的垂直距离。;质量离散分布质点系的转动惯量:;质量线分布的刚体:;m;例1:求半径为 R 质量为 M 的圆环绕垂直于圆环平面的质心轴转动的转动惯量J。;  例 2: 一质量为 、半径为 的均匀圆盘,求: 通过盘中心 O 并与盘面垂直的轴的转动惯量。;O′;R;平行轴定理:;例4:如图所示,求:刚体对经过棒端O且与棒垂直的轴的转动惯量?(棒长为L、圆盘半径为R);转动惯量的计算方法:; 例5 质量很小长度为l 的均匀细杆,可绕过其中心 O并与纸面垂直的轴在竖直平面内转动。当细杆静止于水平位置时,有一只小虫以速率 垂直落在距点O为 l/4 处,并背离点O 向细杆的端点A 爬行。设小虫与细杆的质量均为m。求:欲使细杆以恒定的角速度转动,小虫应以多大速率向细杆端点爬行?;转动过程中,由角动量定理:;疤清阻痔垦定媚鹊锑檬采峪屁阎寿请顿釉词娜厉靳彝江浇当世咆沁饿帜徐5 质点角动量定理, 角动量守恒5 质点角动量定理

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