质点系各质点对同一点O的动量矩的矢量和,或称质点系动量对O点的主矩。
????? LO??MO(mivi)??(ri?mivi)
?????rC??mivi??(ri??mivi????rC?mvC?LC 2、对轴的动量矩
质点系各质点对同一轴的动量矩的代数和。 ?LZ??Mz(mivi)
质点系对某固定点O的动量矩在通过该点的轴上的投影等于质点系对该轴的动量矩 Ozz
?[L]?L三、刚体的动量矩
1、平移刚体
将全部质量集中于质心作为一个质点计算
?????LO?rC?MvC?MO(MvC)2、定轴转动刚体
?Lz?Mz(MvC)???Lz??Mz(mivi)??mivi?ri??miri2??Jz?
(式中Jz为刚体对转轴的转动惯量) 3、平面运动刚体
???? LO?rC?MvC?LC
z轴垂直于刚体运动平面Jc为刚体对质心轴的转动惯量
?Lz?Mz(MvC)?JC?
例2:滑轮A:m1,R1,J1;滑轮B:m2,R2( R1=2R2),J2;物体C:m3,v3;求:系统对O轴的动量矩。
解:系统动量矩:(逆时针为正)
AC
LO?LO?LB?LOO
?J1?1?(m2v2R2?J2?2)?m3v3R3
?v3?v2??2R2
v3??2?R2vAvB?2?2R22v3?1????R1R1R1R12LO?[J1?J2?(m2?m3)R2]?v3R2
§12-3 动量矩定理
一、质点的动量矩定理 1、对于定点的动量矩定理
???? MO(mv)?r?mv
两边对时间求导,得
??d?d?MO(mv)?(r?mv)dtdt
?? ?????v?mv?r?F?0?MO(F)
???d? MO(mv)?MO(F)dt
质点对某定点的动量矩对时间的一阶导数,等于作用在质点上的力对同一点之矩。
——质点对定点的动量矩定理
2、投影式——质点对于定轴的动量矩定理
??dMx(mv)?Mx(F)dt??dMy(mv)?My(F)dt??dMz(mv)?Mz(F)dt3、守恒式
??MO(F)?0??MO(mv)?恒矢量 恒量
?Mz(F)?0?Mz(mv)?即:若作用于质点的力对于某定点(或定轴)的矩恒等于零,则质点对该点(或该轴)的动量矩保持不变,或称动量矩守恒。
——质点动量矩守恒定律
二、质点系的动量矩定理 1、对于定点的动量矩定理
(e)OO
即:质点系对于某定点的动量矩对时间的一阶导数,等于作用于质点系的外力对于同一点的主矩。
——质点系对定点的动量矩定理 ■投影式
?(e)d?
?dtLx??Mx(F) ??(e)d? ?Ly??My(F) ?dt?(e)?d L?M(F)?dtz?z?
即:质点系对于某定轴的动量矩对时间的一阶导数,等于作用于质点系的外力对于同一轴的矩的代数和。
——质点系对定点动量矩定理的投影式 ■注意问题
??d?L??M(F)dt▼动量矩定理中的点或轴应为惯性参考系中的固定点或固定轴;而对一般动点和动系其动量矩定理的形式比较复杂。
▼所有运动量(如速度、角速度等)均为相对于惯性参考系的绝对量;
▼质点系动量矩的变化仅取决于外力系的主矩,而内力不能改变质点系的动量矩; ▼在计算动量矩和外力矩时,符号规定应一致;
■守恒式
??(e)?MO(F)?0
??LOLz?恒矢量 恒量
?(e)?Mz(F)?0
即:若外力系对于某定点(或定轴)的矩的矢量和(或矩的代数和)恒等于零,则质点系对该点(或该轴)的动量矩保持不变,或称动量矩守恒。
——质点系动量矩守恒定律
例2:如图所示,半径为R,质量为m的均质圆轮绕定轴O转动,转动惯量为JO,两个质量分别为mA和mB的物块系在跨过圆轮的绳子两端,其中物块B因水平绳子的牵引在光滑水平面上运动。若不计绳子的质量和轴承O的摩擦,并设绳子与圆轮之间无相对滑动,试求圆轮的角加速度。
解:(1)取整个系统为研究对象
(2)受力分析如图
(设以逆时针转向为正)
?(e)?MO(F)?mAgR?(3)运动分析,计算LO(设以逆时针转向为正)
LO?mAvR?mBvR?JO??(mA?mB)vR?JO?(4)由质点系对定轴O的动量矩定理,有
??d?LO??MO(F(e))dtd[(mA?mB)vR?JO?]?mAgRdt由运动学关系:
v??R解得:
?????mAgR(mA?mB)R2?JO■解题步骤
▼选取研究对象;
▼分析质点系所受的外力(画受力图),计算外力矩; ▼分析质点系的运动,计算动量矩;
▼应用质点系动量矩定理建立方程,求解未知量。
§12-4 刚体定轴转动微分方程
一、动量矩
Lz?Jz?其中Jz为刚体对z轴的转动惯量