力矩和角动量定理

力矩与角动量的关系
力矩与角动量的关系
力矩是量度力对物体产生转动效应的物理量，可分为力对点的矩和力对轴的矩。

下面是小编为大家整理的力矩与角动量的关系，仅供参考，欢迎阅读。

力矩与角动量的关系
某质点对参考系的角动量M对时间的变化率等于作用于该质点的合力对这个质点的力矩L，就是角动量定理，M=dL/dt。

就是L对时间t的微分就是M，M和L都是有方向的。

力矩
力矩表示力对物体作用时所产生的转动效应的物理量。

力和力臂的乘积为力矩。

力矩是矢量。

力对某一点的力矩的'大小为该点到力的作用线所引垂线的长度（即力臂）乘以力的大小，其方向则垂直于垂线和力所构成的平面用力矩的右手螺旋法则来确定。

力对某一轴线力矩的大小，等于力对轴上任一点的力矩在轴线上的投影。

国际单位制中，力矩的单位是牛顿·米。

常用的单位还有千克力·米等。

力矩能使物体获得角加速度，并可使物体的动量矩发生改变，对同一物体来说力矩愈大，转动状态就愈容易改变。

L定义为r与p的矢积，并不是非常直观的物理量这就是为了研究转动而人为定义的力学量。

所以我觉得这是为了理论研究而人为定义的物理量，α是角加速度，形式上和牛顿第二定律完全一致，M定义为r与F的矢积;dt。

再定义转动惯量以后，转动方程就能写成M=Jα=dL
某质点对参考系的角动量M对时间的变化率等于作用于该质点的合力对这个质点的力矩L,就是角动量定理,M=dL/dt（就是L对时间t 的微分就是M,M和L都是有方向的,算式上标不出来）。

力矩的时间累积效应刚体的角动量定理力矩是一个非常重要的概念，在物理学中有广泛的应用。

力矩是由施加在刚体上的力产生的，它对物体的角动量有直接的影响。

力矩的大小等于力在垂直于力的作用线上的距离与力的大小的乘积。

力矩既可以使物体转动，也可以改变物体的转动状态。

刚体的角动量定理描述了外力对刚体的角动量产生的影响。

角动量定理可以表示为：\[\frac{{\Delta L}}{{\Delta t}} = M_n\]其中，ΔL是物体在时间Δt内的角动量的变化，M_n是刚体的合外力矩。

这个方程说明了外力对刚体角动量的改变率是力矩。

角动量定理的解释是，当一个刚体受到一个力矩的作用时，其角动量将发生改变。

外力矩是由施加在物体上的所有力矩之和。

外力矩可以通过计算所有作用力的力矩之和得到。

外力矩越大，刚体的角动量变化越大。

重要的是要注意，这个角动量定理适用于刚体。

对于质点来说，可以将刚体看作是一个质点，并将其质量集中在一个点上。

因此，对于质点，角动量定理也适用。

力矩的时间累积效应是指力矩对刚体角动量的积累作用。

当外力施加在刚体上一段时间后，会导致角动量的累积变化。

这是因为力矩在一段时间内对刚体的作用会积累产生更大的角动量变化。

例如，我们将一根悬挂在一个轴上的刚体上施加一个力。

在一段时间内，力矩将会产生一个初始的角动量，并且随着时间的推移，角动量将不断积累。

这是因为力矩在每个时间间隔内的作用都会增加角动量的变化。

力矩的时间累积效应还可以通过另一个实例来说明。

考虑一个旋转的滚筒，在初始时刻没有任何外力矩作用在上面。

当我们施加一个外力矩时，滚筒将开始旋转。

如果我们保持外力矩的大小和方向不变，滚筒将继续旋转。

然而，如果我们改变外力矩的大小或方向，滚筒的角动量将发生变化。

角动量的变化是根据力矩的改变率来计算的。

这意味着力矩的时间累积效应将导致角动量的变化。

进一步分析力矩的时间累积效应，我们需要考虑刚体的质量分布和外力的作用时间。

第一节力矩和角动量【知识要点】一、力矩的定义1.对轴的力矩对轴的力矩可推动物体绕轴转动或改变物体绕轴转动的角速度.力矩的大小不仅与力的大小和方向有关，而且与力的作用点有关.当力的作用线在垂直于轴的平面（π）上时（图5-1-1),力矩τ的大小与力的作用点P和轴的距离ρ成正比，与力在垂直于ρ方向上的分量Fφ成正比，因为力在ρ方向上的分量Fρ对物体的绕轴转动无作用，于是有τ=ρFφ=Fρsinθ（5. 1-1)式中θ是F与ρ的夹角，ρ就是从轴与平面π的交点O'指向P点的矢量，由于在力矩作用下引起的转动有两个可能的方向，力矩也有正、负两种取向.例如，先任意规定轴的正方向，当逆着轴的正方向去看力矩作用下所引起的物体的转动时，若物体沿逆时针方向转动，对应的力矩就取为正，反之为负.由于ρsinθ=d就是力的作用线与轴的距离，（5. 1-1)式又可写成τ = Fd （5. 1-1a)d常称为力臂，这正是大家所熟知的力矩表达式.当力的作用线不在垂直于轴的平面(π)上时，可将和垂直于轴的分量F⊥力F分解为平行于轴的分量F∥两部分，其中F1-1b)这里的θ是F⊥与ρ的夹角（图5-1-2).2.对参考点的力矩可将上述对轴的力矩的概念推广到对点的力矩.在选定的参照系中，从参考点0指向力的作用点P的矢量r与作用力F的矢积称为作用力对于参考点0的力矩，即Τ=r×F(5-1-2)r也可称为作用点相对参考点的位矢.当参考点是坐标原点时，r就是力的作用点的位矢.根据矢积的意义，力矩的大小等于以r 和F 两矢量为邻边所构成的平行四边形的面积，方向与r 、F 所在平面垂直并与r 、F 成右手螺旋。

二、作用于质点的力矩和作用于质点系的力矩1.作用于质点的力矩当质点m 受力F 作用时，F 对参考点〇的力矩即为质点受到的力矩，这时力矩表达式中的r 就是参考点指质点的矢量，当参考点为坐标原点时，r 就是质点的位矢.当质点受F 1、F 2、…、F NN 个力同时作用时，诸力对某参考点的力矩的矢量和等于合力F=F 1+F 2+…+F N 对同一参考点的力矩，即r ×F 1+r ×F 2+…+r×F N =r×(F 1+F 2+…+F N )=r×F （5. 1-3)2. 作用于质点系的力矩力矩概念也可应用于作用于质点系上的作用力.一般讲来，质点系内各质点受到的作用力有外力和内力的区别，因此应分别考察外力的力矩和内力的力矩(1)外力的力矩当质点系受多个外力作用时，若第i 个质点受到的合外力为F i ，该质点相对某一给定参考点的位矢为r i ，则其力矩为τi 外= r i ×F i ，各质点所受力矩的矢量和，即质点系所受的总力矩为∑∑⨯==i ii i i F r 外外ττ （）由于各外力作用在不同质点上，各质点的位矢r i 各不相同，因而外力对质点系的总力矩一般不能通过外力矢量和的力矩来计算.但当质点系处在重力场中时，各质点所受重力与质点的质量成正比，方向又都相同，因而作用于质点系的重力相对某一参考点的力矩，根据式为∑∑⨯=⨯=⨯=i iC i i i i Mg r g r m g m r ）（重力τ （5. 1-5)即作用于质点系的重力相对某参考点的力矩等于重力的矢量和作用于质心上时对该参 考点的力矩.在平动非惯性系中的惯性力显然也具有这种性质.(2)内力的力矩若f i 为作用于质点系中第i 个质点上的合内力，r i 为该质点的位矢，则内力的总力矩为∑∑∑≠⨯=⨯=i i i r ij ji i i f f r 内τ由于内力总是成对出现，因而上式可写成∑⨯+⨯=ji )( ij j ji i f r f r 内τ根据牛顿第三定律（强形式），任一对内力f ji 和f ij 必定等值反向，且沿同一直线，因而对任一给定参考点O 来说，力矩也必等值反向，两者相互抵消，即0=⨯+⨯ij j ji i f r f r因而内力的总力矩为零 0)(ji =⨯+⨯=∑ ij j ji i f r f r 内τ （5. 1-6)这一结果与内力的冲量相似，但与内力的功不同.三、 冲量矩在明确了力矩的概念以后，可引出冲量矩的概念.t t 0t t L ∆=∆+=∆+=∆=∆外外内外）（）（τττττ （5. 1-7)此式对质点系适用.若对质点只需把外τ改为τ即可.在一段时间内质点或质点系所受的冲量矩为这段时间内冲量矩的累加：∑∑∆=∆=∆t L L 外总τ （5. 1-8)总L ∆为矢量，方向与外τ相同，单位是ｓｍＮ••。