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15.3 : 旋转运动学方程

在力学中,当观察到一个刚体以恒定的角加速度进行旋转运动时,可以建立其旋转运动学方程。此过程类似于在更简单的运动研究中处理线性运动学的方式。

例如,假设一个刚体上的A点正在进行圆周运动。该特定点的平移速度可以通过位移方程的时间导数来进行计算,该方程在本质上测量了A点的位置随时间所发生的变化。该平移速度始终与A点所描绘的圆形路径进行相切,这意味着在任何给定的时刻内,速度的方向与位于该点处的圆是相切的。这种关系可以使用角速度和位置矢量的矢量积来对其进行数学表达。

Equation 1

对A点处的运动进行进一步检查可以描述其线性加速度。这是通过法向加速度的分量和切向加速度的分量进行求和来实现的。

Equation 2

这两个不同的组件提供了不同方向的加速度。切向的分量揭示了速度的大小随时间所发生的变化率,由此表明了位于A点处所发生变化的速度(而非方向)。相反的,法向分量为有关速度方向的变化率提供了参考,从而凸显了A点处对其运动路线发生改变的速度。

最后,加速度可以用矢量的形式来进行表示,它是通过对平移速度矢量的方程来对其时间进行求导而得出的。

Equation 3

Equation 4

在得出的方程中,初始项对应于切向方向的加速度,而后续的项则为加速度的法向分量提供了值。这些术语将旋转刚体上位于A点处的加速度共同提供了全面的描述。

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Kinematic EquationsRotational MotionAngular AccelerationRigid BodyTranslational VelocityCircular MotionVector ProductLinear AccelerationTangential AccelerationNormal AccelerationVelocity ComponentsAcceleration Vector

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