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功一般由a做力它作用于物体,引起物体的位移。在线性运动功等于力和距离的乘积。对于角运动,角功是完成工作通过物体进行角度运动以使物体绕轴旋转。同样,角功率是传递给旋转物体的功率。
角功相当于角运动中的线性功。在线性运动,一个力作用在一个物体上,对它做功。类似地,在角运动中,物体绕轴旋转也要做功。功是力矩在一定角度上作用的结果。
对于直线运动,完成工作等于作用在物体上的力和线性位移的乘积。对于角运动,我们利用弧长和半径的关系,将线位移转换为角位移。因此,角完成工作等于力“F”乘以角速度“θ•r”,如下所示:
然而,对于圆周运动我们还知道,扭矩T等于作用在物体上的力乘以物体的半径F•r。通过将转矩关系替换为导出的角功,我们得出角功方程和线性功方程具有相同的形式。此外,在作线性功时,力矩是力的倒数,角位移是线位移的倒数。
角功和线性功一样,都以焦耳为单位。
力矩的方向可以用右手定则求出来,我们用手指指向旋转的方向。然后向上伸出拇指。通过手指指向旋转方向,拇指指向垂直于旋转方向的方向。扭矩的方向由拇指的方向确定(见图1)。
在垂直旋转中,适用于以下情况:
对于非垂直旋转,扭矩的方向可以用右手定则求出。这就是说,当拇指伸出时,四个手指跟随旋转的方向。拇指的方向表示扭矩的方向是向上或向下。下面的图2显示了一个示例。
功能定理指出总的完成工作外力对物体的影响等于动能的变化量。
然而,动能的变化还必须包括平动动能TKe和转动动能驾驶台。下式中,W为功,ΔKe为动能变化量。
功率被定义为能量传递的速率。
线性幂是完成工作随着时间的推移。利用前面的关系式,我们知道完成工作为线性运动等于力和它的线性位移。位移除以时间等于速度。
对于角运动,我们已经证明了力矩是的倒数力在线性运动,角速度是线速度的倒数。
把角速度代入方程,我们得到了一个关于扭矩的方程,其中扭矩,以牛顿每米为单位,等于惯性矩乘以角加速度。
然后我们修改前面的功方程,它等于力和线性位移的乘积。我们用扭矩除以时间来代替力,因为根据定义,扭矩等于力和半径的乘积,如下所示。
这里,x是线位移,它等于线速度乘以时间。由于我们处理的是角旋转,线速度v必须替换为它的等效角速度,在下面使用ω是角速度。
这将被代入线性位移项,得到下面的表达式。
我们现在可以把角旋转的功方程代入功率方程。
在这一点上,半径项和时间被抵消了,所以我们得到了一个更简单的表达式,其中功率是扭矩T的乘积,角速度ω以rad/s为单位测量2.
在以15 rad/s旋转的涡轮机上施加300 k Nm的扭矩。确定涡轮机继续旋转所需的功率。
解决方案:
半径0.5m、质量为3kg的转轮用一根带A的绳子拉动力在0.8米的距离上增加10N。确定完成工作.
解决方案:
我们首先使用扭矩方程,因为扭矩是确定完成工作.
然后利用位移与半径的关系来确定功方程中所要求的以弧度为单位的角位移。方程被重新排列,在我们替换初始功方程中得到的值之前,θ为主题。
角功是作用在物体上的力矩所做的功乘以角位移。
角功率是角运动中能量传递的变化率。
旋转动力学遵循与线性动力学相同的规则,因为线性公式与旋转公式具有相同的形式。
角功率是一段时间内所做的角功,或者,它是扭矩和角旋转的乘积,如下面的公式所示。
功率=(力矩)⋅(角旋转)
P = t⋅ω
角功由扭矩和角位移的乘积计算,如下式所示。
W盎= t⋅Δθ
当圆盘旋转一段时间并从静止位置加速到初始位置时,功率是圆盘旋转并做功的速率。
物理中的角功是物体绕固定轴旋转时所做的净功。角功等于扭矩和总角位移的乘积。
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