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刚体转动动能公式怎么推导

2024-09-05 08:00:18 来源: 用户: 

刚体转动动能公式怎么推导】刚体的转动动能是其旋转运动中能量的体现,推导过程基于质点动能的累加。对于绕固定轴转动的刚体,每个质点都具有线速度,其动能为 $ \frac{1}{2}mv^2 $,而线速度 $ v = r\omega $,其中 $ r $ 为质点到轴的距离,$ \omega $ 为角速度。

将所有质点的动能相加,得到总动能:

$$

E_k = \sum \frac{1}{2} m_i v_i^2 = \frac{1}{2} \sum m_i r_i^2 \omega^2 = \frac{1}{2} I \omega^2

$$

其中 $ I = \sum m_i r_i^2 $ 是刚体的转动惯量。

推导步骤 内容
1 每个质点动能:$ \frac{1}{2}mv^2 $
2 线速度与角速度关系:$ v = r\omega $
3 总动能:$ E_k = \sum \frac{1}{2} m_i r_i^2 \omega^2 $
4 转动惯量定义:$ I = \sum m_i r_i^2 $
5 最终公式:$ E_k = \frac{1}{2} I \omega^2 $

通过以上推导,得出刚体转动动能公式。

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