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…     

刚体角速度和角加速度与基点选择无关的证明

本文以刚体平面运动为例，在一个矢量方程中同时证明了刚体的角速度和角加速度与基点选择无关．     

刚体定点运动时角速度与角动量的关系

本文讨论了刚体作定点运动时,如何选择转动瞬轴和确定角速度,并找寻它们与角动量的关系.根据刚体相对不同瞬时转轴的不同运动状态,利用相应的刚体运动的基本定律,即可解决一些刚体作定点运动的问题.     

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。     

刚体平面运动时瞬心两种轨迹间关系的一种证明

给出了刚体在平面平行运动时，刚体瞬心的本体极迹与空间极迹间关系的一种证明方法．     

刚体平面运动瞬心两种轨迹间关系的一种证明

给出了刚体在平面平行运动时，刚体瞬心的本体极迹与空间的极迹间关系的一种证明方法。     

平面运动刚体的恢复系数公式的推导

针对平面运动刚体的碰撞,给出了恢复系数公式的一种证明方法.     

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．     

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.     

刚体转动惯量测定实验中阻力矩与角速度关系的研究

利用通用计数器测量了刚体转动过程中阻力矩与角速度之间的定性关系,并对在推导刚体转动惯量的测量公式时所采用的近似方法以及测量刚体转动惯量时由于仪器使用的选择对阻力矩带来的影响作以分析,降低误差。     

均质并有对称面的刚体转动惯量的一个定理

提出并证明了一个关于刚体转动惯量的新定理.该定理指出具有对称面的均质刚体,当位于与对称面垂直的某个平面上的转轴满足特定条件时,转动惯量大小与位于该平面上的转轴方向无关.     

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.     

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.     

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.     

动量矩定理适用于瞬心的条件

本文找出了动量知定理对瞬心适用的充要而简洁的条件,可供各类力学课程教学工作者参考.设刚体作平面平行运动.见图一,设其质心为c,在刚体上(或其延伸部份上)有一A点被选作基点,它对固定系原点O的位矢为rA,对质心的位矢为RA。把刚体分成无数质点,第i个质点的质量mi,对O点的位失为ri,对A点的位失为ri,所受外力Fi(e),内力Fi(1),由牛顿第二定律　　　　　　,用r在乘方程两侧并对i求和,考虑诸内力成对出现,对基点A的力矩之和为零,可得把ri=rA r代入(1),并根据顾心定义m(-RA),可把(1)式写成 (2)式中的aA为基点A对固定系的加速度.若要对基点…     

纯滚动运动中的摩擦力做功问题

大学物理教学中普遍要讲授刚体的平面平行运动，而小球的纯滚动问题恰是该运动中的典型问题．本文就纯滚动问题中的摩擦力是否做功?做功的实质以及坐标系选择对此问题的影响作了比较清晰的阐述．     

力矩突变时角动量变化规律的实验演示与分析

给出一种演示刚体在定点运动时角动量与角速度方向的关系,及力矩突变为零时角动量变化规律的实验演示与分析.     

对《理论力学教程》中一个问题的再讨论

关于"一张错误的插图"问题,文献[1-3]对经典教材《理论力学教程》中描述刚体平面平行运动的公式(3.7.3)的理解有误.教材中公式(3.7.3)是刚体上任一点的速度在动坐标系中的分量形式.由于对坐标系与参考系概念的区分不清楚,参考文献[1-3]的作者以及部分学生和教师认为动坐标系是在转动参考系中建立的.本文作者认为研究刚体平面平行运动的3.7节没有选择转动参考系;为了研究的方便,以地面为参考系中建立了两个坐标系来描述刚体的平面平行运动.     

关于作平面平行运动的刚体对定轴的角动量的计算

本文推导出作平面平行运动的刚体对垂直于运动平面的任一定轴的角动量的计算公式，并举例说明其应用．     

凹形曲面上纯滚刚体的等周期性讨论

质点在竖直面内旋轮线上作摆动时，已经证明周期是与摆幅无关，而匀称刚体在一个旋轮面上作纯滚摆动时，其周期是否也与摆幅无关呢？本文论述其摆动周期与摆幅有关，仅在刚体质心所走过的轨迹为旋轮线时周期与振幅才无关．