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5.2.2 动力学量 转动惯量
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刚体作为一个质点系,在定轴转动时它的动量p等于质心动量pC.
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刚体每一无穷小区域都可处理成点部位,所含质量记为mi,定轴转动时刚体的动能为
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也可表述成
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其中I是由刚体物质分布和转轴位置确定的动力学量,称为刚体相对某转轴的转动惯量.与质点动能的结构形式相似,其中I与m对应.
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刚体中任何两个物质点部位相对位置不变,两者之间一对作用力、反作用力作功之和为零,内势能即使存在也不会变化,没有讨论意义.
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取图5-13中的O点为参考点,刚体定轴转动时的角动量为
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等号右端第一项的方向沿z轴,实为Lz,第二项的方向平行于xy平面,实为Lxy.定轴转动问题中主要讨论的是刚体绕z轴转动情况的变化,对角动量中感兴趣的部分自然是它的z轴分量.Lz的标量式为
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可表述成
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与质点动量p=mv的结构形式相似,其中I仍与m对应.
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刚体定轴转动时的两个动力学量Ek和Lz都与转动惯量I有关,I由(5.9)中的求和式给出,对于物质连续分布的刚体,求和通过积分来完成.
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质量m,长l的匀质细杆,设置过质心C且与杆长方向垂直的转轴,细杆相对此轴的转动惯量记为IC.为计算IC,如图5-14所示,以C为坐标原点沿杆长方向建立x轴,取杆中x到x+dx小段,与(5.9)式中物理量相对应,dm对应于mi,x对应于Ri,有
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