04第四章 刚体的转动

2026/1/24 4:21:58

d?d2????2

dtdt? 刚体在定轴转动时,刚体有共同的角位移、角速度和角加速度,但是,由于刚体上各个质点的的转动半径不同,所以刚体上各个质点的位移、速度和加速度都不相同。

? 刚体在定轴转动时,刚体角量和线量的关系:对于刚体上任

??一质点pi,如果它到转轴的位矢为ri,线速度为vi,线速度为

??ai,刚体角速度为?,则有下面的的关系式成立

???vi???ri,vi???ri ??ri?viv??2,??i

riri?

z ?? ? ?ri mi ?vi ?Ri O 因为

??dsrd?d?,vi?i?i?ri? dtdtdt3. 刚体定轴转动的角动量

? 设刚体绕z轴反时钟旋转,任取刚体上一点pi,其质量为

??关于z轴的位矢为ri,因此点pi的mi,pi关于o点的位矢为Ri,

角动量为

z ?? ?Ri

?Li ?Liz ? ?ri ?vi mi ?ri

O ?????Li?Ri?mivi?mi?Ri?vi?

??????m?rLiz?Li?kii?vi??k?? 2?ri?vi??2??2?miri?k?mr??k?mr?iiiiri2? 刚体的总角动量在转轴方向的分量,即刚体绕定轴的角动量为。

??Lz??Liz??miri2????miri2??

ii?i?? 刚体的总角动量,等于各个质点角动量的矢量和,由图可见,

??总角动量L的方向并不和z轴或?的方向相一致,只有刚体的

质量分布关于转轴对称分布时,刚体对O点的角动量才和z轴

或?的方向相一致。这时,刚体对O点的角动量就是刚体绕定轴的角动量。 ? 刚体对转轴的转动惯量为 I Jz??miri2????r2dV

iV?? 刚体的总角动量在角速度方向的分量与刚体的角速度的关系为

Lz?Jz?

? 转动惯量是刚体定轴转动时,转动惯性大小的量度。 ? 刚体对定轴可定义一回转半径,引入回转半径概念以后,刚体对定轴的转动等效为一个等质量的圆环,圆环的半径为回转半径。 I rG?mr ??m?m2iiiiiJz??miri2?mi?mri22?mrG

iim4. 刚体定轴转动的转动惯量计算

? 影响刚体转动惯量大小的因素有三个:(1)刚体的总质量,(2)质量的分布。(3)给定轴的位置。

? 物体的质量分布一样,转轴位置一样,但材质不同,其转动惯量不相同。

? 物体的材质一样,转轴位置一样,但质量分布不同,其转动惯量不相同。

? 物体的材质一样,质量分布一样,但转轴的位置不同,其转动惯量不相同。

? 表4-1给出了常见刚体的转动惯量。 ? 刚体转动惯量的计算公式

Jz??miri2????r2dV

iV5. 刚体定轴转动的力矩

? 刚体定轴转动的力矩:

O z ?Mi ?Ri

?Fi ?Fi?

mi ?? ?Miz ?ri ?Ri ?ri

???Mi?Ri?Fi

??????Miz??Ri?Fi??k??ri?Fi??k

? 合力的力矩等于各个分力的力矩的和,即

???Mz??Miz???ri?Fi??k

ii


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