第十二讲 转动定律 程惠甜

转动定律

知识点
  • 类比法理解牛顿第二定律和转动定律

  • 单个刚体的转动

  • 转动、平动组合体:

    • 先根据隔离法对各个物件进行简单的受力分析;

    • 对平动的物件(记为i)按照牛顿第二定律F_{i}=m_{i}a_{i}列方程;

    • 对转动的物件(记为j)按照转动定律M_{j}=I_{j}\alpha_{j}列方程;

    • 根据约束条件列方程。

表达题
  • 转动定律请与平动进行“类比”理解。平动有\frac{d\vec{p}}{dt}=\vec{F}a=\frac{F}{m},那么转动定律的公式是

解答:\frac{d\vec{M}}{dr}=\vec{F},\alpha=\frac{M}{J}

  • 均匀细棒左端固定。今使棒从水平位置由静止开始自由下落,当下落至图示位置时,角加速度是多少?
    上题图.png

解答:\alpha=\frac{M}{J}=\frac{\frac{l}{2}mg\cos\theta}{m(\frac{l}{2})^2}=\frac{2g\cos\theta}{l}

  • 重滑轮,半径为R,质量为M,转动惯量为\frac{1}{2}MR^{2}。今两端的拉力分别为T_{1}T_{2},且约定角动量的方向垂直于纸面向外为正,则该滑轮的角加速度是多少?

解答:F=|T_1-T_2|,\alpha=\frac{M_*}{J}=\frac{RF}{\frac{1}{2}MR^2}=\frac{2|T_1-T_2|}{MR}

  • 一质量为m的小球以v_{0}的速率沿x轴前进,在恒定的摩擦力的作用下,\Delta t时间内正好停止运动,则该摩擦力的大小为(\color{red}{\frac{mv_0}{\Delta{t}}})。一飞轮以\omega_{0}的转速旋转,转动惯量为I,现加一恒定的制动力矩使飞轮在\Delta t时间内停止转动,则该恒定制动力矩的大小为

解答:\omega_{0}=\alpha\Delta{t}
M=\alpha{I} 则力矩M=\frac{\omega_{0}I}{\Delta{t}}

  • 图示为一个多体系统,预设加速运动方向用黑色表示。
Fig101005.png

则对M列方程,有如下可能的方程

(1) FR-TR=\frac{1}{2}MR^{2}\cdot\alpha

(2) FR+TR=\frac{1}{2}MR^{2}\cdot\alpha

m列方程,有如下列法

(3) T-mg=m\cdot a

(4) mg-T=m\cdot a

对约束方程,有如下列法

(5) a=R\alpha

(6) a=R\alpha^{2}

以上正确的是

解答:(1),(3),(5)

  • 图示为一个多体系统,预设加速运动方向用黑色表示。
Fig101006.png

则对M列方程:

T_1-T_2=\frac{1}{2}MR^2\cdot\alpha

m_{1}​列方程:

m_1g-T_1=m_1\cdot{a}

m_{2}列方程:

T_2-m_2=m_2\cdot{a}

 **约束方程:** 

a=\alpha{R}

  • 图示为一个多体系统,预设加速运动方向用黑色表示。
Fig101007.png

则对M_{1}列方程,有如下可能的方程

T_1-T_2=\frac{1}{2}MR_1^2\cdot\alpha_1

**对$M_{2}​$列方程,有如下可能的方程**  

T_2-T_3=\frac{1}{2}MR_2^2\cdot\alpha_2

**对$m_{3}$列方程,有如下列法**   

> $m_3-T_1=m_{3}a_{3}$



**对$m_{4}$列方程,有如下列法**   

>  $T_3-m_4=m_4{}a_{4}$



**对约束方程,有如下列法**  

>$a_3=a_4=R_1\alpha_1=R_2\alpha_2$
  • 图示为一个多体系统,预设加速运动方向用黑色表示。
Fig101008.png

则对M列方程,有如下可能的方程

T_2-T_1=\frac{1}{2}MR^2\cdot\alpha

则对M_{1}列方程,有如下可能的方程

T_1-\mu{m_{1}g}=m_1a

M_{2}​列方程,有如下可能的方程

m_2-T_2=m_2a

对约束方程,有如下列法

a=R\alpha

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