Learning Objective 2.1.A: Describe the properties and interactions of a system.
- 2.1.A.1 System properties are determined by the interactions between objects within the system.
- 2.1.A.2 If the properties or interactions of the constituent objects within a system are not important in modeling the behavior of the macroscopic system, the system can itself be treated as a single object.
- 2.1.A.3 Systems may allow interactions between constituent parts of the system and the environment, which may result in the transfer of energy or mass.
- 2.1.A.4 Individual objects within a chosen system may behave differently from each other as well as from the system as a whole.
- 2.1.A.5 The internal structure of a system affects the analysis of that system.
- 2.1.A.6 As variables external to a system are changed, the system's substructure may change.
Learning Objective 2.1.B: Describe the location of a system's center of mass with respect to the system's constituent parts.
- 2.1.B.1 For objects or systems with symmetrical mass distributions, the center of mass is located on lines of symmetry.
- 2.1.B.2 The location of a system's center of mass along a given axis can be calculated using the equation
- Equation: $\vec{x}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum m_i \vec{x}_i}{\sum m_i}$
- 2.1.B.3 For a nonuniform solid that can be considered as a collection of differential masses, $dm$, the solid's center of mass can be calculated using the equation
- Equation: $\vec{r}_{\text{cm}} = \dfrac{\int \vec{r}\, dm}{\int dm}$
- 2.1.B.3.i The linear mass density of a rod or other linear rigid body is the derivative of the rod's mass with respect to the position of the differential mass element on the rigid body.
- Equation: $\lambda = \dfrac{d}{d\ell} m(\ell)$
- 2.1.B.3.ii If a function of mass density is given for a solid, the total mass can be determined by integrating the mass density over the length (one dimension), area (two dimensions), or volume (three dimensions) of the solid. For example:
- Equation: $M_{\text{total}} = \int \rho(r)\, dV$
- 2.1.B.4 A system can be modeled as a singular object that is located at the system's center of mass.
学習目標 2.1.A: 系の性質および相互作用を説明する。
- 2.1.A.1 系の性質は、系内の物体間の相互作用によって決定される。
- 2.1.A.2 システムを構成する物体の性質や相互作用が、巨視的システムの振る舞いをモデル化する上で重要でない場合、システム自体を単一の物体として扱うことができる。
- 2.1.A.3 システムは、システムを構成する部分と環境との間で相互作用を許容することがあり、その結果エネルギーまたは質量の移動が生じる可能性がある。
- 2.1.A.4 選択されたシステム内の個々の物体は、互いに異なるだけでなく、システム全体としても異なる振る舞いを見せることがある。
- 2.1.A.5 システムの内部構造は、そのシステムの分析に影響を与える。
- 2.1.A.6 システムの外側にある変数が変化すると、システムのサブ構造も変化することがある。
学習目標 2.1.B: システムの重心の位置を、システムを構成する部材に対して説明せよ。
- 2.1.B.1 対称的な質量分布を持つ物体や系の場合、重心は対称軸上に位置する。
- 2.1.B.2 システムの重心の位置を特定の軸に沿って計算するには、以下の式を用いる。
- 式: $\vec{x}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum m_i \vec{x}_i}{\sum m_i}$
- 2.1.B.3 微分質量の集合と見なせる不均一な固体 $dm$ において、その重心は以下の式を用いて計算できる。
- 式: $\vec{r}_{\text{cm}} = \dfrac{\int \vec{r}\, dm}{\int dm}$
- 2.1.B.3.i ロッド或其他线性刚体的线质量密度是该刚体上微分质量元素的位置对刚体质量的导数。
- 数式: $\lambda = \dfrac{d}{d\ell} m(\ell)$
- 2.1.B.3.ii 固体の質量密度の関数が与えられた場合、固体の長さ(一次元)、面積(二次元)、または体積(三次元)に対して質量密度を積分することで総質量を求めることができる。例えば:
- 数式: $M_{\text{total}} = \int \rho(r)\, dV$
- 2.1.B.4 系は、系の重心に位置する単一の物体としてモデル化できる。
