作者Muscovy (三分熟的闹钟)
看板Physics
标题Re: [问题] 水平粗糙路面的转弯
时间Fri Sep 24 05:17:17 2010
※ 引述《yuder (阿华)》之铭言:
: 想了想还是不太懂...
: 我的问题在於 对惯性座标观察者而言
: 取轮胎跟地面接触点为支点 则重力对支点所造成的力矩的确不等於零
: 但是最後整台车还是没有转动阿~
: 所以结论是...「就算力矩不等於零 物体还是有可能不转动」?
: 有点奇怪...
呃, 这个叙述不太对... :D
比较正确的简化版是「力矩不等於零的时候, 物体的『转动状态』会改变. 」
为什麽说是简化版...
因为到底什麽是「转动状态」?很模糊.
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其实不模糊, 它有明确的物理定义.
转动座标下的 equations of motion 就是转动状态.
不过我觉得对大部分的人来说, 上面这两行说了........还是很模糊. O_o
因为那两行有更多的「物理语言」.
譬如说「转动座标」, 不是真的讲一个正在旋转的座标系.
而是讲一个「可以用任意角度去观察的座标系」..............
对吧?越写问题越多..........所以只好乾脆说那句话是「简化版」.
不过那一句话是对的, 而且我们仍然可以做一些粗浅的讨论.
譬如说手上拿一个溜溜球, 水平地甩成一个圆.
这很显然就是一个力矩为零, 但是「正在转动」的东西.
反过来说呢, 我们讲从空中掉下来的自由落体好了.
随便挑一个地方去看那个物体, 算出来的力矩一定不是零.
所以说它的「转动状态」应该要改变.
偏偏我们在日常生活中却不会把一个直线落下的运动当成「转动」.
不过这两个例子的「转动状态」还蛮容易想像的.
溜溜球的转动状态大概就是指那个等速率圆周运动.
自由落体的转动状态大概就是观察者看物体的仰角变化...
但是很多东西的转动状态就不那麽容易想像(同时前两行也写了「大概」. )
所以说「转动状态」这个词, 跟生活中的「转动」其实有些微妙的差异.
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为什麽我要说这些呢?
因为脚踏车的转动状态, 恰好就是属於霹雳无敌有够难的那种转动状态.
它是一个什麽样的东西呢?
脚踏车有一个可以转动的前轮跟固定的後轮, 这两个轮子非常非常非常重要.
高中或者大一普物很少讲这两个轮子, 实际上是不对的.
这两个轮子各自贡献了重要的转动状态.
脚踏车的方向控制跟平衡, 基本上就是靠这两个轮子.
为什麽课堂上不讲?纯粹是因为有点复杂.
用一种比较好玩的物理语言...
就是说, 你希望一辆脚踏车维持在某种转动状态(有点难以想像的概念. )
而你又知道车子会受一些奇怪的力矩所影响.
那基本上就要用两个轮子去抵销这些力矩的效果.
让两个轮子的转动状态变来变去...
最终让你的脚踏车可以大致维持在你所期望的转动状态.
就这麽简单吗?其实不是...
车架也会有一个转动状态, 在座椅上扭来扭去的骑士也有一个转动状态.
通常课堂会讨论的, 只是骑士那个转动状态而已.
然而骑士的转动状态跟整体的转动状态常常差异很大.
速度越慢的时候越明显(因为各个部位的转动状态不像高速下那麽一致. )
当然这只是概念.
这种描述法在定性分析很好用, 因为不太容易漏掉一整个轮子. :D
不过定量的叙述, 我们就偷懒一下换另一套... :DDD
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那个叙述长这样: 「力矩──等於──角动量对时间的变化率. 」
然後你的计算, 算出了一个外力矩.
这时候运动就要对应到正确的角动量变化率.
可是角动量变化率要怎麽分配?很复杂.
前轮可以分一些, 後轮也可以分一些...................
怎麽分配的变因很多.......
跟龙头角度, 车身倾斜角度, 当时的速度, 还有轮胎的转动惯量都有关系.
车架也可以分配一些, 然後座位上的骑士也可以分配一些.
如果骑士正在不安分地蠕动中, 那也会有影响.
我上面列的这些, 都是可以控制脚踏车的方法.
而这些角动量变化率全部加在一起, 才会跟力矩相等.
只算骑士就很容易出现诡异的矛盾...
尤其课堂中还常把骑士当成一个质点................
那会发现很多转弯根本做不出来. Orz
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新诗练习:新鲜。踩破初春里的狗大便;不经意的沧桑,满溢着嫩黄的喜悦。
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◆ From: 140.112.218.110
1F:推 ntust661:没有错的 09/24 11:11
2F:→ ntust661:还有,当力矩不为零,第一个要想到的就是会产生角加速度 09/24 11:12