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…     

刚体力学(一)

刚体力学是牛顿力学的重要组成部分.无论从刚体运动的形态(运动学)方面还是动力学方面看,刚体比质点要复杂得多.然而,刚体运动学的研究,以及以质点纵动力学普遍定量为基础进行的刚体动力学的研究都取得了成功.其中克服了许多困难,而这些困难的克服也正是这部分理论的精采和成功之处. 刚体力学的内容可分为二部分:(一)刚体运动学;(二)刚体动力学;(三)刚体静力学.刚体静力学可作为刚体动力学的特殊情况,由于它的内容相对来说简单一些,本文不似讨论,一、刚体运动学 刚体运动学研究刚体运动的描述问题和刚体运动的分析方法,使人们对刚体的运动过…     

运用图象法和公式法求运动的最短时间

运动学中会碰到各种类型求运动最短时间问题的题目,总结这种类型题目,可以用＂图象法＂和＂公式法＂两种方法求解,在求解时主要注意哪些物理量是相同的.     

《理论力学》自学辅导材料(一)—— 质点运动学

力学的教学体系从运动学开始是很自然的.质点动力学的研究需要从质点运动学开始;刚体动力学的研究需要从刚体运动学开始,等等.因为我们要研究某一对象的运动.首先要解决对它的运动的描述问题和搞清应如何分析这些运动.因此运动学是为动力学作准备的. 质点运动学研究如何定量地描述质点的运动和分析质点的运动问题.为此,不仅需要建立必要的物理。概念,还需要发展相应的数学方法.力学作为一门精密的学科,需要借助于高等数学,因此质点运动学的内容将体现出数学与物理的密切结合. 虽然在普通物理力学中我们已经学习过一些质点运动学的内容,但这…     

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…     

刚体平面运动的教学设计与讨论

刚体平面运动是理论力学课程刚体力学部分的重点教学内容。本文根据平面运动的特点和学生的认知习惯,在该内容的教学中,首先采用对比教学法分析平面运动与平动的不同,使学生的认识能从简单的平动顺利过渡到复杂的平面运动;然后增加了作平面运动的刚体运动情况能以一个平面的运动情况来代表的证明,让学生对该代表的因果关系达到理论上的认识;接着在介绍速度瞬心的时候补充加速度瞬心的介绍,加深学生对速度瞬心的特点及作用的理解;最后分析了平面运动在讨论运动学问题和动力学问题时的不同分解要求,为进一步讨论刚体平面运动的动力学方程建立作铺垫。     

美国部分高等学校研究生考题分析和介绍(三)

(四)刚体平面平行运动方面的题目和分析力学(用拉格朗日方程解题)方面的题目,总是占相当的比例。这些是经典力学中的传统内容。刚体平面平行运动是日常生活和生产中 最常见的一种运动,它涉及刚体动力学的一些基本物理量的计算和所有基本定理的运用。与刚体定点运动相比,刚体平面平行运动方面有更多的题目可出。分析力学代表经典力学的进一步发展,它是理论物理的基础,它的重要性是很清楚的。 [题5]两根相同的均匀杆AB和BC,每根杆的质量为m,长为2a,在 B点处为光滑连接。 C点能沿一光滑水平轨道运动。 AB能在竖直平面内绕固定点A自由转动。…     

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…     

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.     

关于弹性碰撞的一个普遍结论及其应用

按线状刚体有无固定转动轴的两种情形,推导了有关质点与刚体发生弹性碰撞的一个结论;对两个质点、两个刚体、单个质点与刚体的弹性碰撞,归纳一个普遍的结论;利用该结论和其他物理规律,巧妙解答几道物理竞赛题.     

分析刚体平面运动的新方法——复插值法

提出分析刚体平面运动的一种新方法——复插值法.已知刚体上任意两点的运动学信息(位移、速度、加速度),籍此复插值公式便可确定刚体上任意其它点的位移、速度和加速度.该方法统一了刚体平面运动的位移分析、速度分析与加速度分析方法,便于在计算机上编程实施.     

谈谈平面刚体的相对运动

和质点的相对运动不同，刚体在平面内作相对 运动时，由于转动的影响，相对平动的速度不再满足 ＵＡＢ＋ＵＢＡ＝０的关系．本文用平面平行运动的分解、 合成分别求出两刚体Ａ和Ｂ作相对运动时的相对平 动速度、相对转动角速度．从而说明“相对运动的速度 相反”这个结论只适用于没有相对转动的情况．     

理论力学自学辅导材料(三)——非惯性系内质点力学

非惯性系内质点力学主要包括三方面内容:一、两坐标系间速度和加速度的变换关系.它起着桥梁的作用,有了它就能从已知的质点相对于惯性系的运动规律推导出质点相对于非惯性系的运动规律.其中不需要附加任何新的假设.另一方面它是质点运动学理论的一部分,为分析研究比较复杂的质点运动提供了一种很有用的简化方法.二、在非惯性系内质点的动力学方程.它是解决非惯性内质点动力学问题的出发点.三、由地球自转产生的一些重要现象.本文仅就一、二两方面作一些说明.一、两个坐标系间速度和加速度的变换关系 为了掌握这两个变换关系的推导,应搞清以…     

关于自转

 平动和转动是两种基本的运动,不但自然界普遍存在,而且在科学技术中广泛运用。正如北京大学物理系普通物理教研室编写的《普通物理学》力学部分中所述:“平动和转动也是刚体最基本的两种运动,实际上,刚体的任何更复杂运动,都可看做是这两种运动简单的或复杂的合成。”可见,转动同样不可忽视。本文主要论及转动中的自转,即物体围绕着自转轴旋转的运动。一、微观中的自转上个世纪初,面对微观领域一些新奇的现象,如塞曼效应、反常塞曼效应、精细结构等,1921年,康普顿首先猜想到电子自旋。泡利、乌伦贝克和戈特斯密特、托马斯、费米等人相继对自旋进行了研究。     

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.     

学生对刚体滚动过程中摩擦力作用的认识

刚体滚动是大学物理中的重点内容,学生在学习刚体滚动运动中存在诸多的困难,尤其是对摩擦力的作用认识不清。我们通过分析学生相关测试题目的结果,辅以出声访谈策略,深入了解了学生解决相关问题的思维过程。结果发现,学生会将平动中与摩擦力有关的前概念迁移到转动过程中,对摩擦力如何影响刚体滚动运动的过程、在功能转换中的作用以及摩擦力自身性质的认识均存在一些典型的迷思概念。     

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…     

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.     

抛体运动的描述方法

质点运动学的任务在于描述质点空间位置的改变．本文通过对抛体运动的描述,总结出描述质点平面运动的一般方法及抛体运动在下面几种坐标系下的运动学方程、速度、加速度的不同形式．     

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．