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理论力学6—刚体的基本运动

目录CATALOGUE刚体的基本概念刚体的平动刚体的定轴转动刚体的平面运动刚体的定点转动刚体的组合运动

刚体的基本概念CATALOGUE01

在任何力的作用下，大小和形状保持不变的物体。刚体的定义具有不变的形状和大小，不会发生形变，因此其运动规律可以用质点和刚体的运动来描述。刚体的特性刚体的定义与特性

由一个点作为其质心的刚体，如球体、立方体等。由多个简单刚体通过连接件组合而成的复杂刚体，如机械手臂、机器人等。刚体的分类复合刚体简单刚体

刚体上任意两点始终保持在同一直线上，且该直线始终与坐标轴平行或重合的运动形式。平动转动复合运动刚体上任意两点始终保持在同一圆周上，且该圆周始终与坐标轴平行或重合的运动形式。同时包含平动和转动的运动形式，如机械手臂的运动。030201刚体的运动形式

刚体的平动CATALOGUE02

刚体在运动过程中，其上任意两点始终保持相对位置不变的运动。平动的定义刚体在平动过程中，其上任意一点的速度和加速度都与刚体的整体速度和整体加速度一致，且方向相同。平动的特性平动的定义与特性

直线平动刚体在运动过程中，其上任意两点始终保持沿同一直线的相对位置不变。曲线平动刚体在运动过程中，其上任意两点始终保持沿同一曲线的相对位置不变。平动的分类

平动在机械制造中广泛应用，如机床的切削运动、刨床的进给运动等。机械制造平动在交通工具中也有应用，如火车、汽车等车辆的直线行驶。交通工具平动在体育运动中也有应用，如跑步、滑冰等运动的直线或曲线行进。体育运动平动的应用

刚体的定轴转动CATALOGUE03

定义刚体绕固定点（轴心）的转动称为定轴转动。特性刚体在定轴转动过程中，其上任意两点的线速度大小相等，方向相同；角速度大小和方向也相同。定轴转动的定义与特性

定轴转动的分类自由定轴转动刚体在不受外力矩作用时，绕固定点（轴心）的转动。受迫定轴转动刚体在外力矩作用下，绕固定点（轴心）的转动。

定轴转动的应用机械系统各种机械装置中的旋转运动，如车轮、电机等。航空航天飞机和火箭的姿态调整、卫星轨道控制等。日常生活电扇、车轮、自行车等旋转运动的应用。

刚体的平面运动CATALOGUE04

03刚体平面运动的角速度和角加速度刚体上任意两点的速度和加速度都与基点的选择有关。01定义刚体在平面内运动，其上任意一点都作平面运动。02特性刚体的平面运动可视为由其上某一点及刚体相对于该点转动合成。平面运动的定义与特性

刚体上所有点都沿同一方向作等速运动。平移运动刚体上所有点绕某固定轴作等角速度转动。定轴转动刚体上所有点同时作平移运动和绕某轴的转动。平移加转动平面运动的分类

机械制造航空航天交通运输体育运动平面运动的应床、磨床等机械设备的运动分析。飞机、火箭等飞行器的姿态调整和飞行轨迹分析。车辆、船舶等交通工具的运动分析。球类、冰上等运动的运动分析。

刚体的定点转动CATALOGUE05

特性刚体上任意一点到转动中心的距离保持不变，同时刚体上任意两点的连线在转动过程中形成的角度会发生改变。描述参数角位移、角速度和角加速度。定义刚体绕某一固定点（称为转动中心）的转动。定点转动的定义与特性

公转刚体绕其他物体上的某一直线轴的转动，例如行星绕太阳的转动。自转刚体绕自身某一直线轴的转动，例如陀螺的转动。自由转动没有外力矩作用时，刚体绕定点自由转动，角动量守恒。定点转动的分类

机械臂的运动控制、旋转机械的设计与分析、航空航天器的姿态调整等。工程应用自行车轮的转动、风扇的旋转、游乐场的旋转木马等。日常生活天体运动的研究、物理实验中的刚体转动等。科学研究定点转动的应用

刚体的组合运动CATALOGUE06

相对性组合运动的描述依赖于参考系的选择。叠加性多个基本运动的合成效果等于这些基本运动同时进行的总效果。独立性每个基本运动都可以单独进行，互不影响。定义刚体的组合运动是由两个或多个基本运动（平移和定轴转动）的合成。特性组合运动具有独立性、叠加性和相对性。组合运动的定义与特性

123刚体在平面上作平动的同时绕某轴作转动。平动与转动组合两个定轴转动的合成，或一个定轴转动与一个平面运动的合成。定轴转动与转动合成刚体在平面上作平动的同时绕某轴作定轴转动。平动与定轴转动组合组合运动的分类

工程设计在机械工程、航空航天、车辆工程等领域，组合运动被广泛应用于机构设计，如连杆机构、凸轮机构等。机器人学在机器人关节设计中，组合运动能够实现灵活的姿态调整和复杂的动作控制。物理实验在物理实验中，通过组合运动可以模拟各种复杂的运动状态，用于研究力学、电磁学等领域的基本原理。组合运动的应用

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