-
剛體運動學
-
相對於旋轉座標之運動
-
目的
- 求剛體上"動點"之運動量
-
向量在旋轉座標中的微分
-
觀念分析
- 若ω=0
- 平移參考體
-
平移旋轉座標公式
-
剛體之空間運動
-
繞固定點之轉動
- P點在剛體不動
- P點在剛體會動
-
尤拉角(Euler's angle"s")
-
定義
- 已知
- 一自由剛體在空間中共有六個自由度
- 若
- 欲確定一剛體在空間中之方位(orientation)
- 則
- 需三的獨立變數(φθΨ)
- 附著在剛體上的座標系x'y'z',可由固定座標系XYZ經過三次旋轉,而到達坐標系x'y'z'的位置。
-
舉例
- 陀螺旋轉
- 第一階段
- 剛開始
- 繞Z軸自轉+在xy平面平移
- 第二階段
- 快要撐不住時
- 繞的Z軸開始矲動,但還是繞著小z軸跑
-
分類
- 進動角(precession angle)φ
- 章動角(nutation angle)θ
- 章動=擺動
- 自轉角(spin angle)Ψ
-
剛體之相對運動
-
已知
- 一軸B以ω1繞固定軸旋轉,而剛體D繞此軸B以ω2轉
-
則
- 剛體之絕對角速度
- 剛體之絕對角加速度
-
圓錐之純滾動
-
已知
- 一圓錐在地面上作純滾動
- ω1=圓錐中心軸 繞一 固定軸 以等角速ω1旋轉
- ω2=剛體繞中心軸之角速度
- ω=剛體之絕對角速度
-
空間圓錐與物體圓錐
- 空間圓錐(Space cone)
- 剛體的角速度繞進動軸所形成的軌跡。
- 物體圓錐(body cone)
- 剛體的角速度繞自轉軸所形成的軌跡。
- 其中
- 兩者之交線即為剛體的瞬時旋轉軸
- 物體在運動過程中, 其物體圓錐在空間圓錐面上作純滾動。
-
解題
- 決定圓錐絕對角速度之方向
- 找兩速度為0之點的連線
- 決定w1,w2,w
- 決定圓錐之絕對角加速度
- 剛體運動公式