刚体上任何两点的连线方向在运动过程中始终保持不变
描述刚体转动位置状态的物理量
定轴转动刚体的运动学方程
描述刚体位置状态变化的物理量
角位移
逆时针d为正(+)顺时针d为负(-)
角坐标对时间的一阶导数
(矢量与d相同)
刚体转动状态改变快慢的物理量
角速度对时间的一阶导数或角坐标对时间的二阶导数
d>0,与同向(+),否则为反向(-)
r
位矢与动量的矢积m称为质点对指定点o或定轴z的角动量,用表示,即m,,大小为
为位矢与动量m的夹角,方向根据矢矩的右手螺旋定则判断
质点对轴的角动量可作标量来处理
(位矢与力的矢积)称为力矩,大小为,,方向由确定,单位N·m
说明力矩是角动量对时间的一阶导数,这是力矩的操作性定义
说明质点角动量的增量(变化)等于它所获得的元冲量矩
说明质点角动量的增量等于它所获得的冲量矩
这就是质点的角动量守恒定律,说明当质点所受到的外力矩为零时,其角动量守恒
由此可证:任一行星与太阳间的连线在相同时间内扫过相等的面积
,称为刚体的转动惯量
说明刚体对转轴的角动量等于其转动惯量与角速度的乘积,其形式与物体平动的动量形式相似
刚体的转动惯量等于组成刚体的各质元质量与质元到转轴距离平方乘积的代数和
说明质量连续分布的刚体的转动惯量等于质量元到转轴距离的平方对质元质量的积分
方法大致可分三步进行: (1)选取质量元.凡质量分布具有对称性的,要尽量利用对称性来选取(2)写(算)出的表达式; (3)利用定义式求积分.
,为刚体所受的合外力矩
为刚体内各质元相互作用力产生的内力矩之和
此为刚体角动量定理的微分形式
说明刚体角动量的元增量等于它所获的的元冲量矩
称为刚体的冲量矩,和为刚体始末状态的角动量
该式称为刚体角动量定理的积分形式,说明刚体角动量的增量等于它所获得的冲量矩
此为刚体的角动量守恒定律
说明当刚体所受到的合外力矩为零时,其角动量将不改变
对系统同样适用=
研究对象(系统)所受的合外力矩必须为零
定理中所涉及的外力矩,转动惯量以及角速度等必须是对同一轴而言的
此为刚体的定轴转动定律
说明刚体定轴转动时所获得的角加速度与它所受到的合外力矩成正比,与它的转动惯量成反比
在合外力矩相同的情况下,转动惯量越大,刚体所获得的角加速度就越小,刚体转动状态的改变就越不容易
可见转动惯量为刚体转动惯量大小的量度
合外力矩与角加速度是瞬时关系
与必须是对同一轴而言
若对象仅有转动,则直接用转动定律处理;若既有转动又有平动,则需要与牛顿运动定律联立处理
做的元功为:
说明力对刚体做的元功等于力矩与刚体角位移的乘积
当刚体转过一有限角位移时,力矩做的功
若与同号,则为正,反之为负
内力矩对刚体做功的总和为零
=,为刚体的转动惯量
,代表着各质元动能之代数和,称为刚体的转动动能
此为刚体的动能定理
说明合外力矩对刚体所做的功等于刚体转动动能的增量