质心运动定理演示实验

质心运动定理∑F=ma是刚体力学中的一个基本规律,是教学重点之一.为使学生理解质心运动定理及由此导出的结论,我们设计了下面的演示实验,验证静止刚体受力偶的作用时,刚体绕质心转动,而不是绕力偶中心转动.     

在冲力作用下台球运动的力学分析

作为刚体运动的例证,讨论了在冲力作用下台球的运动情形,计算了在不同的击打条件下,台球进入无滑滚动状态的绕质心转动的速度.     

平行轴定理的正确运用

本文通过对一个典型例题的深入分析，指出平行轴定理的应用是有条件的，即只有在刚体绕质心轴转动与绕另一平行轴转动有相同的角速度时，公式才是正确的．     

刚体绕定轴转动时轴的作用力

用动量矩定理来处理刚体绕定轴转动的问题时,不必考虑轴对刚体的作用力,因为这一反作用力对固定轴的力矩为零。但是,学生往往不注意固定轴对刚体实际上是存在着作用力,引起一些疑问,比如说,这时质心运动定理还成立吗?能否用动量守恒定律来讨论问题等等。本文的目的就是针对上述问题作一些简单的讨论。     

刚体力学(续)

二、刚体动力学 1.概述 解决刚体动力学问题的依据是质点组动力学的几个普遍定理.在刚体运动学中已证明,虽然刚体可看作由无穷多质点组成,但描述其最复杂的运动──自由运动只需六个独立变量,因此解决刚体自由运动的动力学问题也只需六个独立的方程.质心运动定理(即质点组动量定理)可确定刚体质心的运动(即平动的规律);动量矩定理(相对固定点的、或相对质心的)可确定刚体转动的规律,这两个定理正好提供六个独立的方程,足以解决刚体动力学的全部问题.因此,对刚体来说,质点组动能定理虽然仍然适用,但它必然是上述两个定理联合的结果,不会给出…     

刚体变轴转动中的角动量守恒

角动量守恒定理通常是相对固定转轴而言,对于某些变轴转动的问题(如下文例题),可用冲量矩定理及质心运动定理解答[1],但用角动量守恒定理解答更为简明.因为在变轴过程中,如果冲力作用在新的转轴上,则相对于新的转轴来说,冲力矩为零.因此,相对于新的转轴,变轴前后系统的角动量守恒.问题是:变轴前系统实际上绕原固定轴转动,那么它相对于新固定转轴的角动量怎样计算呢?这要用到下面的一个命题.     

特定条件下相对动点的动量矩定理的简洁形式及其应用

理论力学教材中,刚体平面运动微分方程是利用质心运动定理结合相对质心的动量矩定理导出的,其对于解决刚体平面运动动力学问题提供了普遍的方法,但在有些情况下,采用其他形式的平面运动方程可以更为简洁.为提高特定条件下应用平面运动微分方程解题的效率,给出了质点系相对动点的动量矩定理的一般形式,结合质心运动定理,得到平面运动微分方程的其他形式.讨论了特殊情况下定理的简化条件及简化形式,举例说明了简化形式的动量矩定理结合质心运动定理在解题中的应用,与一般形式的平面运动微分方程相比,可以使解题过程大为简化.     

关于刚体平衡的条件

本文提出一种方法，证明刚体平衡的充分条件：对于初始时刻静止的刚体，若诸外力的矢量和为零以及诸外力对某任一固定点的力矩的矢量和也为零，则此刚体一定平衡．     

关于刚体定轴转动的一点讨论

给出了刚体绕固定轴转动时,刚体的质心到转轴的距离、刚体对固定轴的回转半径及等值摆长三者之间的大小关系。     

刚体运动三维可视化模拟和复摆相关问题探讨

本文应用刚体定轴转动定律和角动量定理,结合VPython软件,首先模拟刚体的定轴转动,例如匀质圆柱体在不同力矩作用下的转动,直观地显示刚体运动轨迹以及角位移、角速度等物理量随时间的变化关系,以及重力矩作用下的刚体能量守恒等,使刚体运动过程实现可视化.有趣的是,本文还研究了刚体的平面平行运动(平动加转动)以及刚体的振动,模拟了大角度下刚体摆动时出现的混沌状态.可视化模拟深化了对课本知识的理解.     

小球与匀质细杆的碰撞——大学物理教学问题探讨

小球与细杆的碰撞问题是大学物理教学中刚体部分的一个难点问题。本文对小球与静止细杆的碰撞问题进行了分析计算,给出:通常情况下小球—细杆组成的系统所受合外力矩为零或近似为零,角动量守恒;如果细杆没有固定的光滑轴,小球与置于光滑水平面或是竖直放置的细杆碰撞时,动量或沿某一方向的动量分量守恒。如果细杆有固定光滑轴,则只有小球与细杆某一特定部位碰撞时某一方向的动量分量才有可能守恒;碰撞中如果恢复系数e≠1,动能不守恒,碰撞后小球可能继续向前运动,也可能被弹回或是停止运动。如果e=0,小球粘附于细杆之上和细杆一起绕固定轴或是小球—细杆系统的质心转动。     

刚体转动实验的数据处理

刚体转动实验是普通物理实验的重要内容,该实验一般采用的实验装置“刚体转动仪”的构造原理如图所示。 A是具有不同绕线半径r的塔轮,过其质心两边对称地伸出两根有等分刻度的均匀细圆柱B与B′,B与B′上各套有一个质量均为m_0且可以移动的圆柱形重物。这些构件组成可以绕固定轴OO′转动的刚体系。塔轮上绕有质量可以略去不计的细线,通过质量为m′、半径为r′的滑轮与可以改变质量m的砝码相连。当砝码下落时,通过细线对     

刚体力学中的几个问题——致“普通物理”力学部分自学者之四

把刚体视作不变质点组,应用质点及质点组力学的定理和定律,就可以得到刚体运动的规律.因此,刚体力学中的规律实际上是质点组力学在“质点间距离保持不变”条件下的表现形式.刚体力学的内容很丰富,在普通物理学中学习的重点是刚体绕固定轴转动;与此关系较密切的有刚体平面运动,它可以看作平动和定轴转动的合成;至于刚体在平面力系下的平衡问题,实际上是平面运动的特殊情况,也属于我们的自学范围,现在围绕这些问题谈以下几点. 作用于刚体上的力 作用于刚体上的力有引人注目的特征.例如,力可沿作用线滑移而不改变其效果;将作用于刚体上的已知力…     

刚体平面平行运动动力学的“瞬时轴”法问题

一些物理学教本,如顾建中先生编的普通物理学,在研究刚体平面平行运动时,对刚体的纯滚动问题曾提出一种所谓“瞬时轴”的研究方法。这种方法的中心意思是,将刚体的滚动看为绕瞬时轴的纯转动,并对瞬时轴可以运用转动定律。换句话说,就是在研究刚体纯滚动的动力学问题时,在任何时刻,都可把刚体绕瞬时轴的转动当作绕固定轴的转动来处理。所谓“瞬时轴”,平常理解为其上各点的瞬时速度为     

三线扭摆法测转动惯量实验误差研究

(一)引言一般说来,研究刚体绕固定轴转动的问题,可归结为下面的力学问题:座标原点选在刚体沿固定转轴的某点,三根座标轴沿主轴方向。ω沿固定转轴,N_外是对于原点计算的外力矩。I_x、I_y、I_z是刚体的转动惯量,计算或测量这些惯量是求解方程(1)的必要条件。在一些技术研究、设计工作中,     

滚动演示实验

介绍了滚动演示实验教具的制作和使用方法，并利用质心运动定理和转动定理解释了演示现象。     

关于对固定轴的动量矩定理的一个注记

关于对固定轴的动量矩定理的一个注记湖南大学沈抗存不少教材在由刚体绕定轴的转动定理Ｍ—Ｉｇ得出刚体绕定轴的动量矩定理Ｍｄｔ—ｄ（Ｉ叫一ｄＬ（ｌ）之后指出，虽然（１）式是针对转动惯量Ｉ不变的定轴转动的刚体推导出来的，但它对于某些非刚体仍然成立．那末，究竟...     

面运动刚体的角速度与基点选择无关的证明

我们知道,作平面运动的刚体的任何运动都可看成是一次平动和绕任意点──通常称为基点─—为中心的一次转动的合成。其中平动部分决定于所选基点的运动,而转动部分则与转动中心的选择无关。刚体的平动部分与基点选择有关是显而易见的;转动部分与转动中心(基点)的选择无关,一般力学教科书都是用刚体在两基点情况下前后两位置的转角相同来说明的。关于后一论断,往往不易使人信服。现在,本文将给出一个定量的证明。 设某刚体在XOY平面内运动,刚体上任一点P的位矢是r,任意基点A的位矢是rAO (如附图),并设刚体绕A的角速度是wA,则刚体上任一点…     

转动刚体中的动能分布与内力做功

关于加速滚动或转动刚体的动能，有一种意见认为，一部份平动动能转换成绕质心转动动能，是由于静摩擦力等约束反力对前者做“负功”，同时对后者做“正功”的结果．本文认为是由于刚体各质元之间的内力做功．     

匀质边框三角形刚体绕质心轴的转动惯量公式

确定了任意匀质边框三角形刚体的质心的几何位置;在此基础上推导出匀质边框三角形刚体绕质心轴的转动惯量公式,为计算三角形网格状边框刚体绕质心轴的转动惯量奠定了理论基础.