先備知識力矩與剛體平衡圓周運動與離心力

剛體的轉動與角動量

將質量相同、半徑相同的均勻實心球與薄環,從傾角相同的斜面上由靜止同時釋放。

球が坂に沿って1 m⁠進んだ瞬間、輪は何m⁠進んでいるか?

用公式解釋現象

  1. 1由粒子的運動方程式推導轉動方程式dLdt=⁠N……
  2. 2求剛體沿轉軸方向的角動量Lz=⁠I ω⁠,I = Σ mi ρi²……
  3. 3與運動方程式比較I dωdt=⁠Nz……
  4. 4為無滑動滾動的物體建立2⁠個運動方程式M a=⁠M g sinθ− f⁠,I α=⁠f R……
  5. 無滑動條件:接觸點的速度為0 →⁠質心速率v = Rω →⁠對時間微分可得a = Rα⁠。
  6. 5利用無滑動條件,從方程式中消去摩擦力a=⁠g sinθ1 + I/MR²……
  7. 6檢查無滑動滾動的條件μs≧k tanθ1 + k……
  8. 7比較同一時刻球與環的移動距離x輪x球=⁠a輪a球=⁠(1 + 25)/⁠(1 + 1)=⁠0.70……
  9. 接下來利用角動量說明其他現象
  10. 8利用能量比較下降相同高度後的速率M g h=⁠½ M v²+⁠½ I ω²=⁠½ M v² (1 + IMR²)……
  11. 9利用角動量守恆,求出收攏雙臂後的轉動速率I₁ ω₁=⁠I₂ ω₂……
  12. 10說明傾斜陀螺的轉軸繞行的原因Ω≒⁠M g d/⁠(I ω)……
  13. 11從守恆定律重新理解N = 0⇒⁠L = 定值……