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动力学

相对运动靠切换参考系来求解

相对速度 vB=vA+vB/A,刚体两点 ω×r,相对加速度 α×r−ω²r,旋转系 vrel,科里奥利 2ω×vrel

运动取决于你站在谁的视角看。站到某点(或某物体)上,另一点的速度就分解为 vB = vA + vB/A;若该参考系还在转动,则加上 ω×r 与科里奥利项。

两个物体 A、B 各自运动。站到 A 上看 B,B 的速度是 vB/A = vB − vA。拖动 vB 方向,连接两箭头末端的就是相对速度。

若是同一刚体上的两点,B 的相对速度是垂直于杆的纯转动 ω×rB/A。于是 vB = vA + ω×r——A 的速度加上转动分量的对角线就是 B 的速度。

加速度同理,但分成两部分。固定在 A 的杆端受切向 α×r(垂直于杆)和向心 ω²r(向内)。增大 ω,向心项随 ω 平方迅速增大。

当参考系本身转动时,会多出一项。在转动杆上滑动的小珠,其绝对速度等于杆的转动 ω×r 加上沿杆滑动的 vrel——这个 vrel 是旋转参考系中新出现的部分。

在旋转参考系中滑动,不仅速度、连加速度也多出一项——科里奥利加速度 2ω×vrel。笔直向外抛出的物体侧偏就是证据,ω 越大偏得越多。

实际应用总结一下,相对运动总是从一行 vB = vA + vB/A 出发。若两点在同一刚体上,vB/A = ω×rB/A,加速度分解为 aB = aA + α×r − ω²r(切向+向心)。若参考系只平动,直接相加相对速度与相对加速度即可;若参考系还转动,则加入滑动 vrel 与科里奥利 2ω×vrel。方法都一样——取一个你熟知的点(通常是销或接触点)作基准 O,再通过转动 ω、α 移到另一点。至此,C 刚体运动学已回答了"如何运动"(位置、速度、加速度)。从 D 刚体动力学起,我们转向"为何这样运动"——力与力矩通过 ΣM = Iα 产生转动,其中度量质量分布的转动惯量 I 充当转动的"质量"。
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