刚体运动分析中滚动摩阻的影响

在理论力学的教材中,刚性均质圆盘在平面内的直线滚动是运动学和动力学经常研究的对象,该力学模型的工程实例随处可见,例如滚动的车轮及保龄球的运动等．本文以保龄球的刚体平面运动为例,讨论滚动摩阻在运动学和动力学研究中的影响．     

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...     

几种演示影响刚体滚动因素的物理实验仪

改进和研制了几种演示刚体平面平行运动(滚动)的物理实验仪,突出演示了转动惯量、滚动半径、刚体质量等因素对运动的影响．仪器结构简单,构思巧妙,演示效果良好．     

刚体平面运动动力学问题解法讨论

解刚体平面运动力学问题时,除了应用运动学的关系外,还需要应用动力学的关系——即动力方程式。而动力方程式中一般有一个是力矩方程式,在写力矩方程式时,往往由于矩心的选择不适当而造成解题过程中的麻烦。本文专讨论关于矩心的选择问题。     

刚体与质点动力学关系的内在统一性

质点动力学和刚体定轴转动动力学分别遵循牛顿第二定律和转动定理, 好像互不相关, 但这两个规律 本质上都是描述适用对象在外因作用下运动状态的变化与外因量之间的关系, 反映相关物理量之间关系的数学方 程形式上完全一样. 通过对比分析这些内在联系, 给出了这两个力学模型动力学方程的统一表述     

对“刚体作纯滚动时静摩擦力作功问题”的商榷

《大学物理》1985年第2期发表的姚干和同志一文的第二部分“刚体作纯滚动时静摩擦力作功问题”的论点需要探讨与商榷. 第一,在问题提出部分,姚文认为:“在惯性参照系中,静止的圆柱体从斜面下滚过程中,静摩擦力不作功.而以质心为参照系时,重力、正压力均通过质心,它们对刚体转动能量没有贡献,而圆柱体转动只与静摩擦力有关,其转动能的变化必与摩擦力矩有关,这样就同静摩擦力不作功相矛盾了.” 我们认为,这里并无矛盾可言.力学中的功和机械能都是具有相对性的物理量.从不同的参照系去分析、计算同一力的功或同一物体的机械能,一般都有不同的结…     

刚体平面运动中无滑滚动约束方程的一种推导方法

给出无滑滚动约束方程的一种推导方法.     

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…     

刚体转动惯量实验误差分析

本文指出,在单通道计时法测量刚体转动惯量的实验中,当刚体系轴上摩擦力矩较小时,可通过取较大的予置数Ｎ,来减少由于测量时间的涨落引起的转动惯量的测量误差;同时指出,外力矩中不考虑物体下落的加速度ａ时所引起的转动惯量测量偏差不能忽略;前者使测量结果偏小,后者使测量结果偏大,ａ的计入使总的测量误差变小。     

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.     

深入浅出分析刚体摩擦力

以刚体在不同条件下运动状态为例, 详细分析了刚体所受3种不同摩擦力的产生机制和效果. 对比了 实际物体与理想刚体的区别, 并讨论了滚动摩擦的本质, 最后对伽利略的斜面实验进行了“ 理想条件”的探讨     

利用Kane多刚体动力学模型仿真举重运动

多刚体动力学模型计算与仿真人体举重过程可以优化运动员的动作技术并预测其效果。根据举重过程人体运动的特点,将人体简化为6刚体动力学系统,建立Kane多刚体动力学模型方程,以高速数字摄像拍摄的举重运动过程序列图像的初始夹角与角速度作为初始条件,对举重过程进行计算与仿真,并通过与拍摄的实际举重运动图像比较来验证模型仿真的准确性,研究多刚体动力学模型计算与仿真人体举重过程的方法。结果表明,多刚体动力学模型计算与仿真的人体举重过程与摄像拍摄的实际过程基本相符,两种方法获取的关节坐标的误差约在4~8%,离初始时刻的时间越长则模型计算与仿真结果的误差就越大,呈现误差累积效应。     

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,对刚休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0的轴。经研究表明,这方法不是普遍正确的,而是有条件的。     

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     

刚体的转动

引言一个刚体最普遍的运动是由一个移动和一个转动构成的合成运动。设有一刚体(图1),由起始位置A经过任意运动后到达一最终位置B。设P为刚体在位置A上任意一质点的位置,Q为刚体经过任意运动后该质点所在的新位置。设刚体首先从原有位置A经过平行移动到达虚线所示之位置B′,并使P点移至Q点。这一运动为一纯粹的移动,所有质点的位移都是平行相等的线段。然后我们再将物体由位置B′绕Q点旋转至其最终位置B。设在刚体中取任意两点R′,S′(不与Q点在一直线上),并     

刚体与质点碰撞实例分析

在Cowley等的子弹和木块碰撞实验的基础上分析了能量守恒、动量守恒以及角动量守恒的应用环境,展示了质点和刚体相互作用特征.     

变转动惯量的刚体转动问题分析

从一道变转动惯量刚体的转动问题出发,探讨了如何利用角动量定理来处理变转动惯量的刚体转动问题,并给出了等效转动惯量的证明和正确理解.     

在旋转台上滚动的球与带电质点动力学的类比

在旋转的平台上作无滑动滚动的球需要形式为Aωd×v的摩擦力,这里A是已知常数,ωd是平台的角速度,v是质点相对于惯性空间的速度.因为这个力与带电质点在磁场中运动受力的形式相同,所以球仅在封闭的圆形轨道上运动.球体滚动与带电质点运动的其它相似点是不难说明的:例如,沿盘的平面的任意外力都会引起垂直于力的漂移速度,而在盘的旋转速率发生改变时可以确定绝热不变量等. 在二十世纪四十年代中期,当A.Ein-stein正在为建立统一场论而不懈地工作时,有人曾向他提出过滚球在旋转台上运动的问题,他回答说任何这类运动仅在球与转台有摩擦力时才…     

非均匀圆柱壳中传播孤立波的动力学稳定性

利用积分因子法对非均匀圆柱壳中传播孤立波的动力学稳定性进行详细的数值研究.以高斯波扰动、简谐波扰动和随机扰动作为初始扰动,考察受到这三种不同扰动的孤立波能否较长时间保持波形结构和传播速度而稳定传播的问题.结果表明：孤立波的稳定传播与扰动幅度、宽度和波长有关,只在受到幅度、宽度和波长都足够小的扰动下非均匀圆柱壳中传播的孤立波才能够表现出较强的抗干扰性,具有良好的动力学稳定性.