刚体定轴转动定律,也称为刚体绕定轴的转动定律,是物理学中的一个基本定律,用于描述刚体在受到合外力矩作用下的角加速度与转动惯量之间的关系。该定律的表述如下:
刚体定轴转动定律的表述:
刚体所受的对于某定轴的合外力矩等于刚体对此定轴的转动惯量与刚体在此合外力矩作用下所获得的角加速度的乘积。
公式:
对于某定轴的合外力矩 $M_z$ 等于刚体绕给定轴的转动惯量 $J$ 乘角加速度 $\beta$,即:
$$M_z = J \beta$$
其中:
$M_z$ 是合外力矩,
$J$ 是刚体绕定轴的转动惯量,
$\beta$ 是角加速度。
注意点:
1. 定轴转动定律是合外力矩对刚体的瞬时作用规律,公式中各量均需是同一时刻对同一刚体、同一转轴而言,否则是没有意义的。
2. 在定轴转动中,由于合外力矩和角加速度的方向均在转轴方位,通常用代数量表示。
3. 转动惯量 $J$ 的大小与刚体的质量、刚体质量的分布情况及转轴的位置有关。由于刚体的大小和形状不变,所以,一个刚体对某一给定轴的转动惯量是一个确定值。
应用:
刚体定轴转动定律在物理学和工程领域中有着广泛的应用,例如在分析机械零件的旋转运动、设计旋转机械以及研究天体运动等方面。通过这个定律,可以计算出刚体在受到外力作用下的角加速度,从而进一步分析其运动状态和受力情况。