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大学物理学:刚体的平动和转动

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:任何一个物体都可以将其划分为若干个小块,每一个小块都可看作一个质点,因此任何物体都可看作一个质点系.如果物体无论在多大外力作用下,系统内任意两质点间的距离和相对方位始终保持不变,这个物体就是刚体.相对于质点,刚体是研究物体运动的另一种理想模型,是一种特殊的质点系.由于组成刚体的质点系内部各质点的距离和相对方位始终保持不变,研究刚体比研究一般质点系更为简单.在外力作用下,任何物体的形状和体积都要发生

大学物理学:刚体的平动和转动

任何一个物体都可以将其划分为若干个小块,每一个小块都可看作一个质点,因此任何物体都可看作一个质点系.如果物体无论在多大外力作用下,系统内任意两质点间的距离和相对方位始终保持不变,这个物体就是刚体.相对于质点,刚体是研究物体运动的另一种理想模型,是一种特殊的质点系.由于组成刚体的质点系内部各质点的距离和相对方位始终保持不变,研究刚体比研究一般质点系更为简单.在外力作用下,任何物体的形状和体积都要发生变化,即便这些变化微乎其微.一般在外力作用下形变并不显著的物体,可视为刚体.

由于刚体是由许多质点构成的特殊系统,因此仍可以用质点的运动规律来加以研究,从而使牛顿力学的研究范围从质点向刚体拓展开来,并对两者研究方法、基本概念和规律的相似性有较深入的理解.

平动和转动是刚体运动的两种基本形式.在平动过程中,刚体上所有点的运动是完全相同的,它们具有相同的位移、速度和加速度.所以,刚体上任意一点的运动,都可代表整个作平动刚体的运动,一般以质心运动表示刚体的平动.此时,关于质点运动的规律就可以用来描述刚体的平动.在刚体运动过程中,如果刚体上所有点都绕同一直线做圆周运动,那么这种运动称为转动,这条直线称为转轴.例如地球的自转,钟摆的运动等,都是转动.(www.xing528.com)

一般情况下,刚体运动是相当复杂的.但是,任何复杂的运动都可以分解为平动和转动.可通过下面的实验加以说明:取一块平整的木板,在其质心和其他任一位置分别打一个小孔,在小孔里各塞一团棉球,并分别滴入不同颜色的墨水,然后将木板平放在光滑的桌面上.当用小锤沿水平方向敲击木板侧面时,木板将在桌面上一边旋转一边滑动,浸有墨水的棉球将在桌面上描绘出两条轨迹.位于质心处的小孔描绘的总是一条直线,而另一个小孔,由于敲击部位和敲击方向的不同,将描绘出形状不同的曲线.这表明,木板作为一块刚体,在一般情况下的运动,总是整体随质心的平动和围绕质心的转动的组合.

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