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旋转运动的功和功率
11.6
考虑池塘中的一个水车。从管道落下的水以与位置矢量成 Φ 角的方向对水车施加一个力,则该力使水车转动一个微小角度 dθ 所做的功为 FsinΦds。
由于弧长 ds 等于 r 乘以 dθ, 所做的功等于 FsinΦ 与 rdθ 的乘积。
回顾一下,力矩的大小等于 rFsinΦ。 因此,代入后可得,所做的功等于 τ 乘以 dθ。
通常情况下,如果一个刚体从 θ1 旋转到 θ2,作用在该刚体上的总功等于合转矩与角位移乘积的积分。
力所提供的瞬时功率,是指该力在恒定力矩作用下绕固定轴旋转物体时做功的速率。因此,功率可表示为 τ 乘以 dθ/dt。由于 dθ/dt 是轮子的角速度 ω,故功率等于力矩乘以角速度。
旋转运动中的功和功率与平移运动中的功和功率完全相似。 将刚体绕固定轴旋转一定角度所做的总功是角位移积分的总扭矩 。 因此,旋转运动中的扭矩和角位移分别类似于平移运动中的力和线性位移。
类似地,传递到绕固定轴旋转的系统的功率由扭矩乘以角速度得出。 例如,当一个人试图转动旋转木马时,必须通过在远离中心轴…