大学物理刚体的转动讲解
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刚体旋转知识点归纳总结1. 刚体旋转的基本概念刚体是指在一定时间内,其内部各点的相对位置不改变的物体。
刚体旋转是指刚体围绕固定点或固定轴发生的旋转运动。
在刚体旋转中,需要引入一些基本概念:1.1 刚体的转动刚体的旋转可以是定点转动,也可以是定轴转动。
在定点转动中,刚体绕固定点旋转,而在定轴转动中,刚体绕固定轴旋转。
定点转动和定轴转动都是刚体旋转运动的两种基本形式。
1.2 刚体的转动角度和角速度刚体的转动角度是刚体在单位时间内所转过的角度,通常用θ表示。
刚体的角速度是指刚体单位时间内转过的角度,通常用ω表示。
在刚体定点转动中,角速度是刚体绕定点旋转的角度速度;在刚体定轴转动中,角速度是刚体绕定轴旋转的角度速度。
1.3 刚体的转动惯量刚体的转动惯量是衡量刚体抵抗旋转的惯性大小,通常用I表示。
刚体转动惯量的大小取决于刚体形状、质量分布以及旋转轴的位置。
对于质点组成的刚体,其转动惯量可以通过对质点的质量进行积分得到。
1.4 刚体的角动量刚体的角动量是刚体旋转运动的物理量,通常用L表示。
角动量的大小和方向分别由角速度和转动惯量决定。
在定点转动中,如果刚体的角速度和转动惯量都不变,那么刚体的角动量也保持不变;在定轴转动中,如果刚体绕固定轴旋转,那么刚体的角动量也保持不变。
2. 刚体的转动力学刚体的转动力学研究刚体在旋转运动中所受的力和力矩,包括转动定律、角动量定理、动能定理等内容。
2.1 刚体的平衡刚体旋转平衡需要满足一定的条件,包括力矩平衡条件和动量平衡条件。
刚体力矩平衡条件是指刚体所受的合外力矩为零;刚体动量平衡条件是指刚体所受的合外力矩关于某一点的力矩为零。
2.2 刚体的角动量定理刚体的角动量定理描述了刚体在受到外力矩作用下,其角动量的变化规律。
根据角动量定理,刚体所受外力矩产生的角动量变化率等于刚体所受外力矩的矢量和。
2.3 刚体的动能定理刚体的动能定理描述了刚体在旋转运动中,其动能的变化规律。
根据动能定理,刚体所受外力矩产生的功率等于刚体动能的变化率。
刚体旋转知识点总结图解一、刚体的定义刚体是指形状和大小在一定范围内不改变,结构完整,部分不会随着外力的作用而发生形变的物体。
刚体的旋转是指刚体绕着某个固定轴线旋转的运动。
二、刚体的转动定律1. 刚体的角位移:刚体绕固定轴线旋转时,每个质点的位移方向都与该质点的运动轨迹相切,并且线速度不同,但角速度相同。
2. 刚体的角加速度:刚体绕固定轴线旋转时,各质点的加速度虽然大小不同,但方向都垂直于该质点的运动轨迹,并与其对应的线速度方向一致。
3. 刚体的角动量:刚体绕固定轴线旋转时,当刚体的转动轴不经过质心时,刚体的角动量等于该点相对于质心的角动量之和。
三、刚体的转动定律1. 角动量定理:刚体绕固定轴线旋转时,刚体的角动量与外力矩之和等于刚体对旋转轴的角动量的变化率。
2. 动能定理:刚体绕固定轴线旋转时,刚体的动能等于刚体的角动量的变化率与角速度的乘积之和。
3. 动量矩定理:刚体绕固定轴线旋转时,刚体的角动量改变的原因是外力矩。
如果外力矩为零,则刚体的角动量是守恒的。
四、刚体的转动惯量1. 刚体的转动惯量:刚体绕固定轴线旋转时,刚体对于该轴线的转动惯量等于各质点到该轴线距离的平方与质点质量乘积之和。
2. 转动惯量的计算方法:刚体对于不同轴线的转动惯量计算是以刚体某一坐标轴为基准,按照平行轴定理或垂直轴定理进行转动惯量的计算。
3. 转动惯量的应用:刚体绕固定轴线旋转时,转动惯量的大小决定了刚体旋转的惯性大小。
转动惯量越大,刚体绕轴旋转越困难。
五、刚体的转动动力学1. 合力与合力矩:刚体绕固定轴线旋转时,合力是刚体质心的动力学性质,而合力矩是刚体绕轴线旋转的动力学性质。
2. 麦克尔斯定理:刚体绕固定轴线旋转时,如果刚体受到合力矩的作用,则该合力矩等于刚体在质心处受到的效力矩与刚体到该轴的距离的乘积。
3. 角动量矩定理:刚体绕固定轴线旋转时,角动量矩定理描述了刚体对旋转轴的角动量的变化率等于刚体受到的外力矩。
六、刚体的平衡与稳定1. 刚体的平衡:刚体绕固定轴线旋转时,刚体处于平衡状态可以分为静平衡和动平衡,其中静平衡是指刚体的合外力和合外力矩均为零,而动平衡是指刚体的合外力为零。