刚体定轴转动定律的一种推导

从现代物理的高度来看,能量、动量和角动量是描述物质运动和相互作用的更为基本的物理量,它们的守恒定律具有更为普遍、更为深刻的意义。本文拟以角动量定理导出刚体定轴转动定律。 因为刚体可看作由彼此间距离不发生变化的众多质点组成的质点系,所以刚体定轴转动的角动量是刚体上可看成质点的各质元定轴转动的角动量的总和。刚体定轴转动时,各质元绕     

刚体角动量的定义和定义状态量的原则

从圆周运动质点的角动量出发,分析了定轴转动刚体角动量定义的合理性和惟一性;阐述定义状态量的原则;给出一种推导转动定律的方法;阐明把定轴转动刚体作为特殊质点系的逻辑一致性．     

大学物理教材及教学应重视刚体定轴转动时角动量与角速度的方向关系

大学物理教材及教学在刚体定轴转动一章中,往往不太重视刚体总角动量与角速度的关系,而只关注于沿轴向的角动量,有时甚至出现L=Jω这种容易误解的表述形式.实际上,一般情况下刚体定轴转动时的角动量与角速度方向不相同,且刚体匀速转动时受变外力矩作用.本文首先从理论层面上给出角动量与角速度方向不一致的一般性证明,并给出方向相同的两种特殊情况,其次用一个实例阐述刚体定轴转动时,刚体轴受到垂直于轴向的变力矩作用,最后将特例所得结论推广至一般刚体定轴转动,从而阐明重视两者方向关系的必要性.     

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.     

定性演示刚体绕定轴转动时角动量守恒

定性演示刚体绕定轴转动时角动量守恒张双明，陈荣福（天津理工学院）在一般普物教科书中，验证刚体绕定轴转动时角动量守恒，一般采用人持哑铃站或坐在转凳上，通过展臂、收臂演示转动时角动量守恒规律Ｉω＝恒量，我们认为，这一实验不仅装置沉重、不便携带，而更主要的...     

带电体定轴转动的磁矩计算

带电体定轴转动的磁矩计算与刚体定轴转动的转动惯量计算想仿，平行轴定理和正交轴定理有助于磁矩的计算。     

刚体一般运动的描述

刚体的一般运动是刚体运动学中最复杂的一类运动,其求解通常需要借助欧拉定理或沙勒定理.通过这两个定理,我们可以把刚体的一般运动分解成较简单的定轴转动和平动.本文主要应用代数理论中的正交矩阵描述刚体的运动,并用代数语言分析了定点转动的本征问题,证明了欧拉定理.随后,将刚体的定点转动进行分解,并给出了物理图像和推导结论,完成了对刚体复杂的一般运动的简单描述.     

工科专业大学物理教学中的课程思政——以“角动量守恒定律”为例

以工科专业的大学物理中“刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律”为例,展示了如何在不同的课堂教学环节进行思政教育的融入.在引课环节、知识讲授环节和知识应用环节,主要从以下几个方面对学生进行思政教育：激发学生的民族自信心和自豪感,鼓励学生树立科技报国的远大志向;培养学生勇于探索、多角度考虑问题的素养,建立唯物主义世界观;鼓励学生不畏困难、不断超越自我的奋斗精神.思政教育的融入使得课堂教学更加饱满,达到了“教书”和“育人”的双重目的.     

一种多功能的角动量定理演示仪

介绍了一种用于课堂的多功能角动量定理演示仪,结构简单,操作方便,能演示出多种角动量定理相关实验,揭示刚体定点转动中深刻的物理规律,并采用在"自然坐标系"下的角动量定理对实验现象加以理论分析.     

关于刚体的基本运动

文中介绍了恰斯尔定理和位移定理及两个定理的证明,最后得出刚体的一般运动都可看成是平动和定轴转动的合成运动的结论．这对于理解和处理刚体的运动是有益的．     

刚体定点转动的张量描述

通过引入转动张量来描述刚体的定点转动,避免了在用角位移描述刚体定点转动时所遇到的问题,即角位移在它是有限大小和无限小时属性发生了变化.验证了对于刚体定点无限小转动,可以分别采用角位移矢量和转动张量描述,两者是等价的.     

New integrable problem of classical mechanics

Complete integrability in Liouville's sense is proven for rotation of an arbitrary rigid body with a fixed point in a Newtonian field with an arbitrary homogeneous quadratic potential. A consequences is the complete integrability of rotation of a rigid body with fixed center of mass in the field of arbitrary sufficiently remote objects (in the second approximation). Explicit formulae are obtained expressing angular velocities of the rigid body in terms of -functions for Riemannian surfaces. Integrable cases are found for rotation of a rigid body in nonlinear Newtonian potential fields.     

Integrable cases of a rigid body dynamics and integrable systems on the ellipsoids

Infinite-dimensional sets of integrable cases are found for the equations of a rigid body rotation around a fixed point in an axially symmetric potential field and also in more complicated fields in the presence of some symmetry of the rigid body inertia tensor.     

The Lagrange top in terms of observable variables

The motion of a dynamically symmetric rigid body with a fixed point in the Lagrange case is considered. The advantage of introducing observable variables is demonstrated, as exemplified by the solution of the problems of stability of stationary rotation and motion beginning from the position of stable rotation.     

也谈刚体在固定曲面上作纯滚动时接触点的加速度

用矢量分析的方法求出刚体在固定曲面上作纯滚动时接触点、即速度瞬心的加速度的表示式.     

连续变形体定点转动实例的计算机解

连续变形体定点转动问题广泛地用于体育力学及空间飞行器力学中,它是刚体定点转动问題的延拓,本文从角动量定理的一般形式导出连续变形体定点转动的一般解析表达式。这一表达式未曾见于一般力学文献中。可以看出,这是一组变系数的非线性方程组。应用电子计算机可以方便地求得给定条件下这组方程的数值解和运动的图形表示。文中通过两个实例说明这组方程的某些应用。     

质点复合运动的矩阵表示法

利用刚体定点转动的变换矩阵Ｌ，导出了质点复合运动的速度变换和加速度变换公式，最后举例说明其应用。     

利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律的设计

介绍了设计性实验“利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律”.该实验要求学生理解刚体动力学原理;利用实验室现有的仪器,对刚体转动惯量实验仪进行改装;提出新的实验原理,可以对阻力矩进行估测,利用该实验装置验证刚体定轴转动定律.     

非完整映射理论与刚体定点转动的几何描述

利用非完整映射方法,从一个已知Riemann空间构造一个嵌入其中的Riemann-Cartan空间.作为特例,研究从Euclidean空间构造Weitzenbock空间的方法.基于dAlembert-Lagrange原理和非完整映射,将一个Riemann空间的测地线对应于另一个Riemann-Cartan空间的自平行线.把这种非完整映射理论应用到刚体定点转动问题上,得到了刚体运动的欧拉方程是欧拉角描述的Riemann位形空间的测地线方程,而在刚体角速度对应的准坐标空间上是常挠率Riemann-Cartan空间的自平行线方程的结论. 关键词： 欧拉角 非完整映射 Riemann-Cartan空间 自平行线     

用自然坐标分析平面运动刚体上各点的加速度

介绍了用自然坐标分析平面运动刚体上各点加速度的方法,并用该方法直是明地讨论了瞬心的加速度和刚体绕瞬心的转动方程。