作者fbi1 (歡迎找麻煩^^)
看板NTUEE111HW
標題Re: [問題] 問個轉動的小問題
時間Sun Feb 17 15:13:38 2008
那個pdf檔是我寫的,不過剛剛看了一遍也覺得不是很清楚......
那天冠中問的問題是:在以地面為靜止的座標系,取腳踏車前著地點為支點,
要如何分析這個問題?
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\/╲
\ ╲ ↖ a
\/
\
\
在這座標系分析會有一個困擾,摩擦力通過支點,因此只有重力
與正向力有力矩貢獻,但是重力與正向力產生力矩相消,所以車
子怎麼樣都不會翻。
很顯然的上面的結論跟現實相抵。那問題出在哪裡呢?
對於這個支點,力矩等於零結論應該無誤。看看其他部分,也許
力矩等於零,腳踏車還是會翻,也就是腳踏車的角加速度可能不
為零。
→
回到角動量與力矩來看這問題,角動量 L ,假設腳踏車是
一個二維剛體:
→ → → →
L = M R ╳ Vc + Icω ---------------------(1)
R:質心位置 Ic:對質心的轉動慣量
Vc:質心速率 ω:角速率
把 (1) 對 t 微分
→ → → →
dL/dt = M R ╳ a + Ic α ------------------(2)
另外
→
dL/dt = Σ力矩 -----------------------------(3)
結合 (2) 與 (3)
→ → →
Σ力矩 = M R ╳ a + Ic α------------------(4)
當力矩和等於零,
→ → →
α= -(M R ╳ a)/Ic
得到一個結果,即使沒有外力矩,仍可能有角加速度,也就是
→ →
當剛體有加速度 a 時, α 不等於零。
一開始分析這問題時所犯的錯誤是把 (4) 式裡的第二項漏掉。
→
因為我們習慣站在跟剛體一起動的座標系,剛體不會有加速度 a 。
如果剛體有加速度,角動量的變化率就要修正成 (2) 。出現了外力
矩等於零,物體還是會轉的情形。
處理這種問題時,首先要先確定你所在的座標系與選取支點,
並注意 (2) 的修正,就不會有謬誤了。
※ 引述《bumpwy (bumpwy)》之銘言:
: 記得之前汪班的作業有講到,但是我忘了
: 腳踏車在一斜坡上往下騎,結果煞車,而這樣是很危險低因為會翻車,但是我不禁很想問為什麼?
: 煞車的時候腳踏車的加速度不是沿著斜坡向上嗎?那這樣的話力矩應該會使他更貼近地面不是嗎?
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摩擦力通過前輪著地點,要看你選的支點,如果是選前輪著地點,力矩
等於零。
: 記得那時候游本力助教有推倒一個式子,說明此時腳踏車之合力矩是由腳踏車之合加速度
立
好像蠻多人把我和本立搞混,小弟是較高那一位XD
: 而來......但是我整個不是很懂...他的意思是只要物體有靜加速度就有合力矩?
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和力矩只跟外力有關,有加速度的話,修正的是
角動量變化率,也就是(2)。
: 希望各位幫我解答一下,謝謝
希望有解釋到你的問題。
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