這就是粒子定理的矩。 粒子系統中的每個粒子都遵守粒子的動量矩定理。 因此,對于系統中的每個粒子,對于同一個固定的力矩中心,由于內力總是成對作用在粒子系統上,因此G是一對內力在任意點的力矩矢量。 其和始終等于零,因此所有內力的力矩之和也始終等于零,即M表示不動點O上所有外力的力矩矢量和(即主力矩),注意上式左端可改寫為(13-8) 將上式投影到固定坐標軸系上,可得(13-9)。 可見,粒子系統對固定點(或固定軸)的動量矩隨時間的變化率等于作用在粒子系統上的所有外力。 同一點(或同一軸)處的力矩矢量和(或代數和)。 這就是粒子系統的動量矩定理。 為了避免誤解,經常省略外力的附錄(e)。 現在討論動量矩守恒的情況: = 常數向量 (2) 若 M = 常數,可見在運動過程中,如果所有作用在質點系統上的外力都有其不動點的主矩(或定軸)始終等于零,則質點(或軸)的動量矩保持不變。 這就是粒子系統動量矩守恒原理,解釋了粒子系統動量矩守恒的條件。 例13-1 例13-2 例13-3 例13-4 例13-513-3 剛體的定軸旋轉微分方程 假設剛體在主力F的作用下旋轉(圖13-7)。 同時,軸承產生的反作用力NB自動消除)。 圖13-7 由式(13-5)可知動量矩表達式,剛體相對于旋轉軸z的動量矩L(13-11),即固定物體的轉動慣量的乘積軸旋轉剛體相對于旋轉軸的角加速度,等于作用在剛體上的外力。 轉軸的主力矩。
這是剛體的定軸旋轉微分方程。 式(13-11)與質點直線運動微分方程的形式類似。 可見,當不同的旋轉剛體受到相同的外力矩M時,其值越小。 這樣,轉動慣量就表達了剛體旋轉時慣性的量度。 例13-713-4 存在中心力時的面積速度定理 動量矩定理也廣泛用于研究粒子和恒星的運動。 在那里我們遇到了粒子在精神力影響下運動的問題。 其作用線總是經過一個固定中心的力稱為居中力,這個中心稱為力中心。 當向心力F指向力O中心時,為引力(圖13-10(a)),當遠離力中心O時,為斥力(圖13-10(a)) b))。 向心力的大小通常僅由質點距力心O的距離決定,可以表示為已知的r函數:F=f(r)。 太陽對行星的引力以及原子核對附近粒子的力(引力或排斥力)都是中心力的例子。 精神力影響下的粒子運動有一些基本特征。 由于作用于質點A相對于不動點O的動量矩L=常數向量(13-12)動量矩表達式,可得以下兩個結論: 方向 直徑r和速度v組成的平面的方向保持不變。 可見,在中心力的作用下,質點作平面曲線運動。 mrrmv 的符號由右手定則確定。 現在,動量矩L常數(13-13)表示為三角形OAB(這個三角形的底OA)面積的兩倍,OAB就是粒子A在單位時間內掃過的面積。 因此,數量C/2稱為質點A的面積速度。因此,條件(13-13)可以表述為:在中心力的作用下,質點的面積