作者solitary417 (阿乐)
看板Physics
标题[请益] 力矩、支点与座标
时间Tue Oct 21 19:13:14 2008
不好意思,请大家有耐心。><
最近被力矩搞的有点乱,经过一番挣扎,再爬了文,整理目前的心得。
请高手们帮我看看有没有灌念错误的地方,或是更有系统的描述可告诉我。
力矩:被定义为 τ = r x F , r 是 支点到力作用点的位置向量(或距离)
首先我想的是,"支点"到底是什麽?
先不谈物体某处被固定(钉子、门枢、...),支点有客观的事实吗?
由我看参考的书上发现,应该是没有。
支点似乎就是我们任意选定的参考点,当作支点,计算物体受的力矩。
所以,基本上,力矩,和支点有关。支点不同,可能会影响到力矩。
接着我才想,什麽情况下,支点选择不影响力矩,什麽情况则会?
这时候,考虑到座标系问题。
τ= Iα 来自於 F = ma
若
F = ma 成立於 惯性座标系
τ= Iα 亦成立於 惯性座标系
惯性座标中,不同观察点看见的 F 是相同的,m 亦相同,故a相同。
但力矩就有点儿不一样。
若在质心外任意点所得的力矩,应该是轨道力矩τo(之前有板友提过)。
τo会随观察点(也可以说选的支点)不同而改变,但此时,I也会改变。
合起来,α应该仍不变。故τ= Iα还是成立。
然後,看一个例子。 M ●---x------------● m ↓g
CM
二质量不同物体,如图,
让他们自由落下。
________________________ 地面
假设重力场是均匀。
在掉下过程中,此系统是否发生旋转?
落下时,CM垂直掉落。故CM应是不动点,所以被确定为之点。
Mg和mg二力对此点的合力矩=0,过程中应不转动。
也可以用重心角度看,所有力作用於CM,或说重心,力作用在支点无力矩。
(但为什麽都说人坠楼,头都会先撞到,因为头比较重。)
但如果是站在CM看,这时候我不是非惯性座标吗?
哪里有出问题?
而如果我刻意取地面上某点当作参考点计算系统力矩。
发现不同点的力矩也不同。此时算出来的应该是轨道力矩。
这代表什麽意义呢?
在看一个例子: ●---------------●
这次两个质量一样。 ↑F
摆在桌面上。
物体的CM应该会沿F方向加速运动。F = ma
然後会绕CM转动。
在质心上的人,应该会看到物体转动(他说τ= Iα)。
但在旁边的人,也看到转动(他也说τ= Iα)。
那这样两种座标哪里不同?
最後,原来真正把想法打出来,还是满乱的,不好意思。XD
给我一些指导,谢。
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◆ From: 123.252.14.9
1F:→ Dirac5566:原点 随便定都可以啦 10/21 21:30
2F:推 atriple:第5页 轨道力矩不同 但和力矩是一样的 10/22 18:27
3F:→ atriple:由τ=r × F τ随支点改变 对同一个F而言 τ是对该物体改 10/22 18:33
4F:→ atriple:变方向的难易 等等...那如果支点在物体外要怎麽说? 10/22 18:35