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质心运动定理:力学分析物体运动

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于不变质点系,上式可写为这就是质心运动定理。质心运动定理是矢量式,在应用时取其投影形式。在直角坐标轴上的投影式为在自然轴上的投影式为运用质心运动定理研究物体的运动时有着明显的力学意义。当物体平动时,各点的运动与质心的运动完全相同,因而质心运动定理就完全决定了该物体的运动。当物体作复杂运动时,可将它的运动分解为随同质心的平动和绕质心的转动,而平动部分可以用质心运动定理来解决。

质心运动定理:力学分析物体运动

对于不变质点系,上式可写为

这就是质心运动定理。它表明:质点系的质量与其质心加速度的乘积等于作用在质点系上外力的矢量和。

将式(10-14)和质点的动力学基本方程∑F=maC 相比较,可以看出它们在形式上相似,因此,质心运动定理也可以叙述为:质点系质心的运动,可以看成单个质点的运动,假想在此质点上集中了整个质点系的质量,同时也集中了质点系的全部外力所产生的运动。

质心运动定理是矢量式,在应用时取其投影形式。

在直角坐标轴上的投影式为

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在自然轴上的投影式为

运用质心运动定理研究物体的运动时有着明显的力学意义。当物体平动时,各点的运动与质心的运动完全相同,因而质心运动定理就完全决定了该物体的运动。当物体作复杂运动时,可将它的运动分解为随同质心的平动和绕质心的转动,而平动部分可以用质心运动定理来解决。

质心运动定理公式(10-14)中不包含内力,这说明质心的运动不受内力的影响,只有外力才能改变质心的运动。例如,汽车运动时,发动机汽缸内的气体压力对整个汽车来说只是内力,它不能直接使汽车由静止开始运动。但是当发动机运转时,燃气压力推动汽缸内的活塞,经过一套机构,将力矩传给主动轮(一般是后轮),如图10-2所示,若车轮与地面的接触面足够粗糙,那么地面对车轮作用的静滑动摩擦力 (FA-FB)就是使汽车的质心改变运动状态的外力。如地面光滑,或FA 克服不了汽车前进的阻力FB,那么尽管发动机开动,车轮在转,也只能原地打滑。

图10-2

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