[理学]大学物理 刚体力学-制作精美.ppt

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[理学]大学物理 刚体力学-制作精美

2011年,日本发生里氏8.8级地震,地震引发大规模海啸,并引发日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。 大地震使地球自转轴偏移了25厘米,同时使地球自转加快了1.8微秒。 * 角动量守恒现象 角动量守恒使地球自转轴的方向在空间保持不变, 因而产生了季节变化. 北 南 北 南 角动量守恒现象 * 力的空间累积效应: 力的功、动能、动能定理. I II III 力矩的空间累积效应: * 力矩的功 四 力矩作功 * 比较力的功 五 刚体的转动动能 O * 比较质点的动能 六 刚体绕定轴转动的动能定理 ——刚体绕定轴转动的动能定理 比较 * 在重力作用下由静止开始绕铰链O 转动.试计算细杆转动到与竖直线成 角时的角加速度和角速度.   例5 一长为 l 、质量为 m 匀质细杆竖直放置,其下端与一固定铰链O相接,并可绕其转动.细杆 m,l O mg θ * 解 细杆受重力和铰链对细杆的约束力 作用,由转动定律得 式中 得 m,l O mg θ * 由角加速度的定义 代入初始条件积分得 m,l O mg θ * 以子弹和沙袋为系统 动量守恒; 角动量守恒; 机械能不守恒 . 讨 论 子弹击入沙袋 细绳质量不计 * 子弹击入杆 以子弹和杆为系统 机械能不守恒. 角动量守恒; 动量不守恒; * That is all * * * 在角动量守恒直升机实验中,对机翼、尾桨和机身构成的转动系统来说,没有对转轴的合外力矩,故直升机对竖直轴的角动量守恒。当通电使机翼旋转时,机翼便对竖直轴产生了角动量,从而机身必须向反方向转动,使其对竖直轴的角动量与机翼产生的角动量相反,以保持系统的总角动量不变。尾桨推动大气产生补偿力矩,能克服机身反转,使系统保持稳定。 * 物理学 第五版 第三章 刚体力学 * 刚体: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: ⑴ 刚体是理想模型 ⑵ 刚体模型是为简化问题引进的. 说明: 平动 转动 一 刚体的运动 * 刚体平动 质点运动 平动:刚体中所有点的运动轨迹都保持完全相同. 特点:各点运动状态一样,如: 等都相同. 1 刚体的平动 * 刚体中所有的点都绕同一直线做圆周运动. 2 刚体的转动 * 刚体的一般运动可看作: 随质心的平动 绕质心的转动 + 的合成 * 3 刚体转动的角速度和角加速度 角位移 角坐标 角速度矢量 P’(t+dt) . O x P(t) r . * 4 角量与线量的关系 * 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; 定轴转动的特点 (3) 运动描述用角坐标. P’(t+dt) . O x P(t) r . * P O : 力臂 对转轴 z 的力矩 二 力矩 用来描述力对刚体的转动作用. * * O (1)合力矩等于各分力矩的矢量和 (2)刚体内作用力和反作用力的力矩互相抵消. 讨论 * O 三 转动定律 (1)单个质点 与转轴刚性连接 * (2)刚体 质量元受外力 , 内力 外力矩 内力矩 O * 刚体定轴转动的角加速度与它所受的合外力矩成正比,与刚体的转动惯量成反比. 转动定律 定义转动惯量 O * 讨论 (2) (1) 不变 转动定律 (3) 转动中 与平动中 地位相媲美. * 四 转动惯量 J 的意义:转动惯性的量度 . 单位:kg·m2 质量离散分布 质量连续分布 :质量元 * 例1 均匀细棒长为L、质量m,求绕轴的转动惯量。 A B L X A B L/2 L/2 C X 解:绕A轴转动 若绕C轴转动,则 * 例2 均匀圆环质量为m、半径R,求其绕垂直于中心转轴的转动惯量。 R O 解:在圆环上取一微元 dm * 例3 均匀圆盘质量m、半径R,求绕垂直于中心转轴的转动惯量。 解:取半径为r宽为dr的薄圆环 R dr r * 影响刚体转动惯量的因素 (3)与转轴的位置有关. (1)与刚体的质量有关. (2)与刚体的质量分布有关. * 竿子长些还是短些较安全? 飞轮的质量为什么大都分布于外轮缘? * 例4 质量为mA的物体A 静止在光滑水平面上,绳索跨过一半径为R、质量为mC的圆柱形滑轮C,并系在另

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