Почему угловое ускорение постоянно в разных мгновенных системах отсчета?

Возьмем следующий пример: стержень (длиной L и массой m) удерживается горизонтально на обоих концах опорами. Один моментально удаляется.

Конкретная задача состоит в том, чтобы доказать, что сила, действующая на другую опору, падает с мг/2 до мг/4, что я доказал, сначала рассматривая центр масс как мгновенную систему отсчета и, таким образом, рассматривая вращение вокруг опоры.

Разрешение угловых сил: (F = сила в точке опоры, I = момент инерции = m(L^2)/12, ω = угловая скорость)

 FL/2 = I * dω/dt
 FL/2 = m(L^2)/12 * dω/dt
 F = mL/6 * dw/dt   (1)

Теперь возьмем мгновенную систему отсчета вокруг оси вращения: (I = M(L^2)/3, ω' = угловая скорость, сила в CoM = mg)

mg * L/2 = I * dω'/dt
mgL/2 = mL2/3 * dw'/dt 
dw'/dt = 3g/2L    (2)

Искомое решение можно найти, подставив (2) в (1), т. е. приравняв dw'/dt и dw/dt. Почему это можно сделать?

Ответы (1)

Что такое угловая скорость? Ясно, что в р где символы имеют свои обычные значения.

Стержень вращается вокруг своей, скажем, крайней правой точки, скажем О . Будем считать левую сторону положительной Икс -ось.

Теперь рассмотрим точку А на расстоянии р 1 от него. Пусть стержень имеет мгновенную угловую скорость ю . Все точки на стержне будут иметь это ю относительно О .

Рассмотрим точку B на расстоянии р 2 от него, явно с таким же ю относительно О . Это видно по тому факту, что скорость изменения углового смещения одинакова для всех точек, как ю "=" г θ г т

Предполагать р 2 > р 1

Теперь рассмотрим точку A как систему отсчета и давайте вычислим ю что является угловой скоростью Б относительно А . Четко, в А "=" ю р 1 относительно земли и Б является ю р 2 . Теперь рассчитайте в из Б относительно А .

Ясно, что в б в а "=" ю ( р 2 р 1 ) И расстояние между А и Б является р 2 р 1 .

Итак, что вы получаете ю ?

ю "=" ю ( р 2 р 1 ) р 2 р ! "=" ю

Поскольку мгновенная угловая скорость одинакова, скорость ее изменения α тоже будет так же. Возьми?

Это немного общий ответ, но он относится и к вашему вопросу. Также вы можете решить свой вопрос, используя второй закон Ньютона и используя а "=" α л 2