《刚体绕定轴转动》课件

《刚体绕定轴转动》ppt课件•刚体绕定轴转动的定义与特性CONTENTS目录•刚体绕定轴转动的动量与角动量•刚体绕定轴转动的动能与势能•刚体绕定轴转动的转动惯量•刚体绕定轴转动的力矩与角速度•刚体绕定轴转动的角动量守恒定律CHAPTER01刚体绕定轴转动的定义与特性刚体的定义刚体的定义刚体是一个理想化的物理模型，它是指在运动过程中，其形状、大小和内部各点间的相对位置保持不变的物体刚体的特性刚体在运动过程中，不会因为外力作用而发生形变，保持原有的形状和大小不变刚体绕定轴转动的定义刚体绕定轴转动的定义当一个刚体在平面内绕一个固定轴线做圆周运动时，称为刚体绕定轴转动转动轴的特性转动轴是固定的，不随刚体的转动而发生移动刚体绕定轴转动的特性角速度和角动量守恒转动动能和势能刚体绕定轴转动时，既有转动动能又在无外力矩作用的情况下，刚体绕定有转动势能，两者之和为刚体的机械轴转动的角速度和角动量保持不变能转动惯量刚体的转动惯量是描述刚体转动惯性的物理量，它与刚体的质量分布和转动轴的位置有关CHAPTER02刚体绕定轴转动的动量与角动量动量的定义与计算动量的定义刚体绕定轴转动时的动量定义为刚体的质量、角速度和转动半径的乘积动量的计算动量的大小等于刚体质量与角速度大小的乘积，方向垂直于刚体的转动平面，指向刚体转动的方向角动量的定义与计算角动量的定义刚体绕定轴转动时的角动量定义为刚体的转动惯量、角速度和转动半径的乘积角动量的计算角动量的大小等于刚体转动惯量与角速度大小的乘积，方向垂直于刚体的转动平面，指向刚体转动的方向动量与角动量的关系动量与角动量的关系在刚体绕定轴转动的过程中，动量和角动量是两个相互独立的物理量，但它们之间存在一定的关系根据动量矩定理，对于定轴转动，角动量是守恒的，即系统的总角动量保持不变应用实例在单摆的运动过程中，摆球的质量和摆长是确定的，因此摆球的动量和角动量是相互关联的当摆球摆动时，它的动量和角动量的大小和方向都会发生变化，但总角动量保持不变CHAPTER03刚体绕定轴转动的动能与势能动能的定义与计算010203动能的定义动能的计算公式动能的特点物体由于运动而具有的能$E_{k}=frac{1}{2}I与物体的质量、速度和转量omega^{2}$，其中$I$为动惯量有关转动惯量，$omega$为角速度势能的定义与计算势能的计算公式$E_{p}=frac{1}{2}I势能的定义omega^{2}$，其中$I$为转动惯量，$omega$为角速度物体由于位置或形变而具有的能量势能的特点与物体的质量、转动惯量和角速度有关动能与势能的关系动能与势能可以相互转化，满足能量动能与势能的转化关系可以通过动力守恒定律学方程式表示，如牛顿第二定律等在刚体绕定轴转动过程中，动能和势能之间可以相互转化，但总能量保持不变CHAPTER04刚体绕定轴转动的转动惯量转动惯量的定义与计算转动惯量的定义描述刚体绕定轴转动惯性大小的物理转动惯量的计算公式I=∑mr^2，其中m为质量，r为量质点到转轴的距离转动惯量的单位kg*m^2转动惯量的特点只与刚体的质量和各质点到转轴的距离有关，与转动角速度和转动的加速度无关转动惯量的性质转动惯量是标量转动惯量是惯性大小的量度没有方向，只有大小转动惯量越大，刚体越不容易改变其转动状态转动惯量具有叠加性转动惯量的平行轴定理对于多个物体组成的系统，其转动惯量等于刚体绕某轴转动时，其转动惯量与通过质心各个物体转动惯量的矢量和并与该轴平行的轴的转动惯量相同转动惯量的应用在动力学中的应用在机械工程中的应用通过计算刚体的转动惯量，可在设计和制造各种旋转机械时，以求得刚体在力矩作用下的角需要考虑转动惯量对机械性能加速度和角速度的影响，如电动机、减速器等在航天工程中的应用在体育运动中的应用火箭和卫星等航天器的发射和在投掷、射击、击球等体育运运行过程中，需要精确计算其动中，运动员需要调整自己的转动惯量，以确保其稳定性和转动惯量以获得更好的成绩控制精度CHAPTER05刚体绕定轴转动的力矩与角速度力矩的定义与计算力矩力矩的计算公式力的矢量性力对物体产生绕固定轴转M=L×F，其中L是从转动力矩是矢量，具有方向性，动的效应的度量，用M表轴到着力点的距离矢量，F遵循右手定则示是矢量力力矩与角速度的关系力矩与角加速度的关系力矩作用在物体上，将产生角加速度，力矩越大，角加速度越大角速度与角加速度的关系当物体转动时，角速度的大小和方向会发生变化，而角加速度表示角速度变化的快慢转动惯量描述刚体转动惯性的物理量，与刚体的质量分布和转动轴的位置有关力矩的应用机械平衡调速器飞机的飞行控制在机械系统中，通过合理布置力利用力矩的调节实现对转速的控飞行员通过操作杆施加力矩，改矩，可以实现系统的平衡制，如电动车调速器变机翼的攻角，实现飞机的升降和转向CHAPTER06刚体绕定轴转动的角动量守恒定律角动量守恒定律的表述角动量守恒定律的表述对于一个封闭系统，其总角动量保持不变，即角1动量守恒角动量的计算公式L=r×p，其中r为质点到旋转轴的距离，p为质点2的动量角动量守恒的条件系统不受外力矩作用或外力矩的矢量和为零3角动量守恒定律的应用天体运动行星绕太阳的公转、卫星绕地球的轨道运动等都遵循角动量守恒定律陀螺仪利用角动量守恒定律，陀螺仪可以保持自身的旋转轴指向一个固定的方向机械系统在机械系统中，通过合理设计，可以利用角动量守恒定律来优化系统的运动性能角动量守恒定律的推导从牛顿第二定律出发，通过实例分析，验证推导出角动量定理角动量守恒定律的正确性通过引入外力矩的冲量，推导出角动量守恒定律THANKS感谢观看。