一个有关刚体转动的问题光滑水平面上静止地放着质量为M,长为l的均匀细杆,质量为m的质点以垂直于杆的水平速度v0与杆的一端

1个回答

  • 实际上绕哪个点都是角动量守恒.

    绕瞬心或质心转动是最简单的取法:

    (1)取瞬心:

    假定瞬心距端点为x

    撞后端点速度:v’=ωx

    中点速度:Vc=ω(x-Rc)

    碰撞过程中总动量守恒:mv=mv'+MVc=mωx +Mω(x-Rc)①

    碰撞过程中绕瞬心的角动量守恒:

    mvx=[Ic M(Rc-x)^2+mx^2]ω ②

    其中Ic=1/12ML^2,Rc=L/2

    由①②

    M(x-Rc)Rc=Ic

    x=2L/3

    (2)取杆的质心:

    撞后杆的角动量:∫M/L(Vc+ω(y-Rc))(y-Rc)dy=Icω

    (3)取任意转轴:

    取端点为R,质心为Rc,任意一点Ri,转轴x.

    撞后杆的角动量:

    ∑Mi[Vc+ω(Ri-Rc)](Ri-x)

    =MVc(Rc-x)+∑Miω(Ri-Rc+Rc-x)(Ri-Rc)

    =MVc(Rc-x)+∑Miω(Ri-Rc)^2+∑Miω(Ri-Rc)(Rc-x)

    =MVc(Rc-x)+∑Miω(Ri-Rc)^2

    =MVc(Rc-x)+Icω

    m角动量的变化量:

    m(R-x)v=m(R-x)v'+MVc(Rc-x)+Icω③

    动量守恒:m(v-v')=MVc④

    取③中x=Rc即退化为杆质心为转轴的问题,也即你的问题;取瞬心x=Xo,这时Vc=ω(Rc-Xo),v'=ω(R-Xo)可退化为②.

    实际上结合③④可得:

    MVc(R-Rc)=Icω⑤

    可发现该式与转轴x的选择无关,进一步佐证了转轴可任意选取.