学习目标 5.1.A: 使用角位移、角速度和角加速度来描述系统随时间发生的转动。
- 5.1.A.1 角位移是指刚体系统上某一点绕指定轴转过的角度(以弧度为单位)的度量。
- 公式: $\Delta\theta = \theta - \theta_0$
- 5.1.A.1.i 刚体是指在转动过程中保持形状不变,但系统内不同点运动方向可能不同的物体。刚体不能被建模为单个质点。
- 5.1.A.1.ii 绕旋转轴的角位移的一个方向——顺时针或逆时针——通常被规定为数学上的正方向,另一个方向则为负方向。
- 5.1.A.1.iii 如果系统绕某轴的转动可以通过其质心的运动很好地描述,则该系统可被视为一个单一物体。例如,在考虑地球绕地-日系统质心公转时,地球绕自身轴的自转可以忽略不计。
- 5.1.A.2 平均角速度是角位置随时间变化的平均速率。
- 公式: $\omega_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$
- 5.1.A.3 平均角加速度是角速度随时间变化的平均速率。
- 公式: $\alpha_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$
- 5.1.A.4 绕单一轴的角位移、角速度和角加速度与一维情况下的线位移、速度和加速度具有类比关系,并表现出相同的数学关系。
- 5.1.A.4.i 对于恒定角加速度,角位移、角速度和角加速度之间的数学关系可用以下方程描述:
- 公式: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
- 公式: $\theta = \theta_0 + \omega_0 t + \dfrac{1}{2}\alpha t^2$
- 公式: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha(\theta - \theta_0)$
- 5.1.A.4.ii 角位移、角速度和角加速度随时间变化的函数图像可用于确定这些物理量之间的关系。
- 5.1.A.4.i 对于恒定角加速度,角位移、角速度和角加速度之间的数学关系可用以下方程描述:
边界说明: 对点或物体转动方向的描述仅限于相对于给定旋转轴的顺时针和逆时针方向。