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例9 试用能量方法导出复摆的动力学微分方程.
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解 参考图7-20,复摆处于θ角位置时的机械能为
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两边对t求导,考虑到E是守恒量,即得
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消去,便得复摆的动力学微分方程:
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与(7.27)式一致.对于小角度摆动,同样可得(7.28)式:
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例10 半径为r的匀质小球在半径为R>r的固定半球形大碗内壁作纯滚动,往返滚动过程中小球球心C始终在同一竖直平面内.试在滚动过程中为图7-28所示θ角位置建立动力学微分方程,并给出小角度近似下滚动周期T的计算式.
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图 7-28
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解 小球球心C相对大碗球心O的逆时针方向转角θ,对应小球绕C顺时针方向转角,据纯滚性质,有
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下面用角动量方法和能量方法建立所求动力学微分方程.
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方法一:角动量法(无法避开小球所受静摩擦力的作用因素).
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将小球受碗壁的静摩擦力记为f,则有
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质心运动定理:
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质心系定轴转动定理:
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