需要先学习的内容力矩与刚体的平衡圆周运动与离心力

刚体的转动与角动量

将质量和半径均相同的均匀实心球与薄圆环放在倾角相同的斜面上,同时由静止释放。

球が坂に沿って1 m⁠進んだ瞬間、輪は何m⁠進んでいるか?

用公式解释现象

  1. 1由质点的运动方程推导转动方程dLdt=⁠N……
  2. 2求刚体角动量沿转轴方向的分量Lz=⁠I ω⁠,I = Σ mi ρi²……
  3. 3与运动方程比较I dωdt=⁠Nz……
  4. 4为无滑动滚动的物体列出2⁠个运动方程M a=⁠M g sinθ− f⁠,I α=⁠f R……
  5. 无滑动条件:接触点的速度为0 →⁠质心速率v = Rω →⁠对时间求导,得到a = Rα⁠。
  6. 5利用无滑动条件消去方程中的摩擦力a=⁠g sinθ1 + I/MR²……
  7. 6检验无滑动滚动的条件μs≧k tanθ1 + k……
  8. 7比较同一时刻球和圆环移动的距离x环x球=⁠a环a球=⁠(1 + 25)/⁠(1 + 1)=⁠0.70……
  9. 下面用角动量解释其他现象
  10. 8利用能量比较下降相同高度后的速率M g h=⁠½ M v²+⁠½ I ω²=⁠½ M v² (1 + IMR²)……
  11. 9由角动量守恒求收拢双臂后的转速I₁ ω₁=⁠I₂ ω₂……
  12. 10分析倾斜陀螺的转轴绕竖直方向转动的原因Ω≒⁠M g d/⁠(I ω)……
  13. 11从守恒定律的角度重新考察N = 0⇒⁠L = 常量……