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旋转运动的功能定理
11.7
考虑一个刚体,例如指尖陀螺。如果对其施加一个外力,使其绕固定轴从 θ1 旋转至 θ2,则作用在该刚体上的总功等于合力矩与其角位移乘积的积分。
由于刚体所受的合转矩等于其转动惯量乘以角加速度,将转矩的表达式代入功的公式中,并应用链式法则,可将 dω/dt 表示为 dθ/dt 与 dω/dθ 的乘积。
现在,dθ/dt 是角速度 ω。因此,该方程中的被积函数等于 Iω。
在初始角速度和最终角速度的范围内进行积分,外力使刚体绕固定轴转动所做的净功等于该物体转动动能的变化量。
这是刚体转动时功能定理的表达式。
旋转运动的功能定理类似于平移运动的功能定理。 它指出,外力旋转刚体所做的净功等于物体旋转动能的变化。 传递的功率只是所做功的时间导数; 因此,功率是扭矩和角速度的点积。 这种关系类似于平移运动中的功率,由力和速度的点积给出。 假设此处不存在摩擦力; 然而,实际系统的情况并非总是如此。 例如,飞机的发…