《力学(第二版)》电子教案刚体运动的描述
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3.1 刚体运动的描述恒星的轨道运动可以用质点描述恒星的自转运动不能用质点描述速滑可以用质点描述花滑的旋转不能用质点描述滚动的轮胎不可以用质点描述转动的摩天轮不能用质点描述——不能忽略这些运动物体的大小和形状1什么是刚体刚体——受力时不改变形状和体积的物体(简化)——许多质元组成的特殊质点系:受力时质元的相对位置不变。
2刚体的运动类型:平动和转动1.平动刚体的平动刚体上的任一指定直线在运动中保持平行 可以用一个质点的运动描述整个刚体的运动2.定轴转动各质元绕定轴在各自的转动平面上做圆周运动。
刚体的定轴转动质元的运动=质心的平动+质元绕质心轴的转动 3.平动和定轴转动,可以描述刚体的运动 轮胎的滚动——轮胎上任意一个质元 p 的运动,都可以认为是质心的平动与质元 p 绕质心轴的转动的合成。
即:跳水运动员跳水过程中 ,其他部位则是绕质心轴做定轴转动3刚体定轴转动的描述角位移θΔtd d θω=t d d ωβ=每个质元具有相同的角位移、角速度和角加速度每个质元都做圆周运动,角速度 角加速度另:角量也是矢量,矢量的方向与转动方向服从右手螺旋关系。
ωθi i i i r tr t r v ===d d d d 速度的大小—速率: 位移的大小: θd d i i r r = 速度的方向:切向i i i it r t r t v a βω===d d d d iin r a 2ω=加速度的大小:不同位置的质元转动半径不同,位移、速度、加速度不相同22it in a a a +=加速度的方向:切向和法向加速度的矢量合成例一条绳索绕过一定滑轮拉动一升降机,滑轮半径r,如果升降机从静止开始以加速度a匀加速上升,求(1)开始上升后滑轮的角加速度β,(2)任意t 时刻的角速度ω和滑轮转过的角度θ,a(3)滑轮边缘上一点的加速度的大小(假设绳索与滑轮之间不打滑)。
解(1)滑轮边缘上一点的 切向加速度ra a t β==ra =→β任意 t 时刻的角速度⎰+=tt 00d βωωr at t ==β转过的角度 ⎰⎰==∆tt t t t 00d d βωθ221t β=(2)任意 t 时刻的角速度ω和滑轮转过的角度θ(3)滑轮边缘上一点的的加速度 1)/()/(22222222+=+=+='r at a a r t a a a a t n 加速度大小 加速度方向与切向夹角 )/arctan()/arctan(2r at a a t n ==ϕ法向加速度r t a r a n 222==ωaa t =切向加速度4力矩是改变刚体定轴转动状态的原因质点受力时运动状态会发生改变,但刚体受力时其定轴转动状态不一定会发生改变。