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．     

关于“对《理论力学教程》中两个问题的讨论”的讨论

文献[2]指出《理论力学教程》中的“一张错误的插图”,给出了所谓“正确”的插图,并修改了《理论力学教程》的公式(3.7.3),该文认为在研究刚体的平面平行运动的§3.7节不用选择转动参照系,宜采用平动参照系.本文作者认为《理论力学教程》的插图3.7.2并没有错,在§3.7节采用转动参照系是研究刚体平面平行运动转动瞬心等问题的需要;公式(3.7.3)也不必作根本上的修改,但对其中坐标分量(x′,y ′)的含义要加注释,以免造成混淆.     

绳与有质量的定滑轮的作用

定滑轮模型是物理中常见的模型之一,中学物理中一般不要求考虑滑轮的质量,而普通物理部分,在学生学习过刚体转动的有关知识后,可以逐步考虑滑轮质量对运动的影响.如文献[1～3]就例举到"绳跨过有质量的定滑轮"问题.但在计及定滑轮的质量时,上述文献认为,滑轮两侧的绳张力大小不同,差值提供滑轮转动的力矩.笔者认为下此结论似乎过于匆忙,张力应是物体内部各部分由于形变而产生的内力,绳与滑轮是两个物体,它们间并不能形成张力,两者之间只有因挤压形变产生的在滑轮法向的弹力和沿切向的静摩擦力.显然,法向的弹力通过滑轮的转动点,是不能够产生力矩的,那么,只有静摩擦力才是滑轮的力矩的真正产生者.     

质心运动定理演示实验

引言 质心运动定理∑F=ma。是刚体力学中的一个基本规律,是这个部份的教学重点之一。为使学生理解质心运动定理及由此导出的结论,我们设计了下面两个演示实验。 实验一 验证静止刚体仅受力偶的作用时,刚体绕质心转动,而不是绕力偶中心转动。 1.原理和设计思想静止刚体在一力偶的作用下,所受的合外力为零,根据质心运动定理,质心的加速度为零。如刚体原来静止,则在力偶作用下,质心不动,刚体绕共质心转动。应该注意,质心运动定理与外力的作用点无关,即无论力偶作用在刚体的什么地方,刚体总是绕其质心转动。例如图1所示为浮在水面上的木棒,当力…     

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.     

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.     

刚体滚动中静摩擦力方向的直观判断方法与其作功问题

一.纯滚动中静摩擦力方向直观判断方法 相对静止的两个物体之间有相对滑动趋势时,则在两个物体的接触面(点)上就存在着阻碍相对滑动趋势的静 摩擦力,其方向与相对滑动趋势方向相反. 在刚体滚动中,物体间相对滑动趋势不象平动那样直观,静摩擦力方向不易给出.在图1中,质量为m,半径为 R的匀质实心圆柱体,受一水平外力F作用,在水平面上作纯滚动.作用在圆柱体P点处的静摩擦力方向由于相 对滑动趋势不明显,难以直接判定.为了能比较直观地确定滚动中静摩擦力方向,可以应用下述方法:先隔离研究 的滚动体,再设想 P点不受静摩擦力作用,然后找出在外…     

主动力信息足以确定静摩擦力的指向吗?

摩擦力既是教学的重点,更是教学的难点,特别是静摩擦力的指向确定。文章将阐述:首先,就计算而言,静摩擦力指向确定并不重要;第二,对某些动力学问题,主动力信息不足以唯一确定静摩擦力的指向;第三,在某些特殊条件下,比如运动刚体的质心位于接触点法线上(如无质量偏心的圆柱),由主动力向撞击中心简化的主矩可确定静摩擦力的指向;第四,把摩擦面假想成光滑面后,运动刚体在接触点的切向加速度指向与该处静摩擦力的指向相反。     

动量、角动量和机械能(二)──致“普通物理”力学部分自学者之三

功和动能定理 在物理学中,“能量”概念的使用最广泛,因为它能够定量地描述自然界各种不同运动形式的相互转换.在力学中,能量变化总是和功相联系.力F作的功等于Δr矿表示受力点的位移,即受力质点的位移[1,2].只有当质点受到力的作用且同时发生位移时,才存在作功与否的问题.例如运动员作马拉松比赛,设跑鞋和公路间不打滑,当跑鞋接触地面时,地面对跑鞋作用以摩擦力,但鞋底受力点未发生位移,力不作功.当脚离开路面向前跨进时,跑鞋又失去静摩擦力的作用,也不存在作功问题.还要特别注意不能把更换受力点当作受力点发生位移.跑鞋和路面接触时,路…     

关于质心概念的教学探讨

在讲授力学中的刚体力学部分时,涉及到一个很重要的概念──质心.通过讲授如何使学生对质心的概念有一个比较深入和全面的理解是一个很值得研究的教学问题.本文的目的是从教学研究角度考虑,谈谈自己在教学中是如何讲授质心概念的. 在教学中我们感到,仅仅通过一两个例子或者一两句话要想把质心的物理实质让学生都能掌握是很困难的.为此,我们在刚体力学这一章的教学中,从头到尾有意识的通过平动方程、转动方程和能量方程的讲授提炼出质心在每一个动力学方程中的特殊表现,最后加以总结概括,使学生对质心的理解比较深入和全面.现把这一教学过程…     

对滑轮悬挂物体问题利用角动量定理和刚体定轴转动定律的分析

角动量定理与刚体定轴转动定律的运用是学生学习“大学物理”课程时的重难点.虽然角动量定理与刚体定轴转动定律都可以处理物体转动问题,但是在具体分析时所体现的物理机制是不同的.以滑轮悬挂物体这一类问题为例,针对如何应用角动量定理或刚体定轴转动定律进行了详细的分析.通过分析发现,滑轮悬挂物体这一类问题具有一定的特殊性,利用这种特殊性能够简化解题过程.但是在教学过程中必须强调这种特殊性的起因,以帮助学生正确理解相关物理概念.     

无滑动滚动时的摩擦力

通过一个演示实验 ,分析论证了纯滚动刚体所受摩擦力为静摩擦力 ,静摩擦力与物体的运动状态有关 ,与接触面性质无关 .     

人走路的力学机制分析

人走路的力学机制极其复杂.从运动学角度考虑,人走路的过程既有加速,也有减速.从动力学角度来看,人所受到地面的作用力是变力.通常,人们对人走路的动力来源有一致的看法,认为人之所以能起步,是因为人蹬地的同时,地面对人的脚底有静摩擦力作用.这种说法肯定是正确的.但用以分析人走路的力学机制则是不完全的,有不少的人提出疑问.疑问之一,相互施予静摩擦力的两个物体,不可能有相对运动,为什么人走路时向前移动?疑问之二,人走路时地面施予人的脚底的摩擦力是静摩擦力,其力的作用点无水平方向的位移,该力的功为零,为什么人获得了动能?下面就上述疑问,从与质心概念有关的力学原理作简要分析.     

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     

关于滾动問題中的靜摩擦力

一、引言静摩擦力是物体之间有相对运动的趋势时出现的阻力。如果物体之间有相对移动的趋势时,静摩擦力的大小、方向都是容易制定的。但在“无滑动的滚动”问题中,要制定静摩擦力的大小、方向,就稍为复杂一些。在一般的教科书中,对这个问题也没有专门的论述。本文就这个问题,提出一些初步的看法,仅供参考。二、问题的提出设有一个刚性圆柱体,在一刚性平面上作     

线轴状刚体平面平行运动实验简析

用细丝线拉动线轴状刚体在水平平面桌面上(或水平导轨上)的运动,是典型的平面平行运动.改变细丝线拉力的倾角或方式,线轴状刚体可以有多种不同的运动状态,因此这是一个有趣的演示实验.之所以线轴状刚体有多种运动状态,关键因素是线轴状刚体在作纯滚动时它与平面桌面或导轨之间的相互作用力是静摩擦力,静摩擦力可以在一定范围连续变化以使线轴状刚体的运动能够满足动力学方程和运动学方程.当所需要的静摩擦力超出其最大允许值时,线轴状刚体与平面桌面或导轨之间将出现滑动,二者之间的摩擦力将由静摩擦力变为滑动摩擦力,纯滚动状态将消失.     

高等教育自学考试物理专业试用力学课程考试大纲(草案)(续)

(三)冲量与动量 动量和冲量,质点的动量定理. 质点组的动量,质点组的动量定理. 质心和质心运动定理. 动量守恒定律 *火箭的运动 说明: (1)着重掌握冲量和动量都是矢量.冲量是过程量,动量是状态量. (2)正确理解质点组的动量守恒及与内力性质无关的条件. (3)结合质点组动量和动量定理引入质心、质心动量和质心定理是一种可行的方案.关于质点组质心位置的计算以及质心定理的运用,根据不同教材可安排在刚体力学中作具体讨论. (4)火箭发射的基本原理是动量守恒定律的一个重要应用.不作为基本要求. (四)功和能 功和功率 动能.质点的动能定理. 保守…     

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     

关于《平行轴定理的正确运用》一文的来稿综述

本刊1988年第2期《关于平行轴定理的正确运用》[1]一文发表之后, 从 3月 3日到 3月 14日十多天之内连续收到五篇来稿,对此文(以下简称《原文》)提出一些不同看法. 原文举出了一道普通物理教学中的习题,正确地给出此题的一种简捷解法,并指出同学容易发生的一种错误解法.原文所得的结论实质上是说“只有转轴与刚体相固连时才可以使用平行轴定理”,这一结论也并不错,只是表达得不太好.原文的问题在于没有指出问题的关键所在.如果提出的结论是“只有转轴与刚体相固连时,才可以使用转动方程(4)式(即本综述的(3)式)”,那就很好了.在转动定理I=M都…     

编者的话

本刊围绕机械能守恒定律是否遵从相对性原理的问题引发了一场争论[1～ 8] ,争论的焦点最后转向什么是相对性原理以及它与协变性要求的关系问题 .关于相对性原理 ,我们查到爱因斯坦本人有关狭义相对论的著述中有 3段话 :表述Ａ　自然界规律对于洛伦兹变换是协变的[9] .表述Ｂ　如果Ｓ是惯性系 ,则相对于Ｓ作匀速运动而无转动的其他参考系Ｓ′也是惯性系 ,自然界规律对于所有惯性系都是相同的[10 ] .表述Ｃ　自然规律同参照系的运动状态无关 ,至少在参照系没有加速运动时是这样[11] .朗道在他的《场论》中[12 ] 写得更明确 :所有自然规律在所…