定轴转动

定轴转动定律

扭矩能让物体转动起来。物体转动的时候,遵循定轴转动定律。

扭矩

根据牛顿第一定律(也叫做惯性定律),一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。可见,只有力才能改变物体的运动状态。

物体在转动时,也遵循相似的规律。只是,改变物体转动状态的因素,不再只是单纯的力,而是扭矩。扭矩(τ),也叫转矩,是一种能让物体转动起来的力矩。

什么是扭矩
什么是扭矩

扭矩的计算方法如下:

扭矩的计算方法
扭矩的计算方法
\[\begin{align*} \tau & = rF_2 \\ & = rF\sin\theta \end{align*}\]

其中,F 是作用在物体上的力,r 是(转轴的)轴心和力的作用点之间的距离,θ 是 F 与 r 之间的夹角。

在国际单位制中,扭矩的度量单位是牛顿·米(N·m)。

定轴转动定律

根据牛顿第二定律,物体加速度的大小与它所受到的作用力成正比,与它的质量成反比,加速度的方向与作用力的方向相同。牛顿第二定律也可以使用公式表示,如下:

\[F = ma\]

其中,F 是作用在物体上的力,m 是物体的质量,a 是产生的加速度。

在国际单位制中,力的度量单位是牛顿(N),质量的度量单位是千克(kg),加速度的度量单位是米/秒2(m/s2)。

物体在转动时,物体的角加速度和它所承受的扭矩之间的关系与牛顿第二定律非常相似。

\[\tau = J\alpha\]

其中,τ 是作用在物体上的扭矩,J 是物体的转动惯量,α 是产生的角加速度。

这就是定轴转动定律,也称为牛顿第二定律的转动形式。

在国际单位制中,转动惯量的度量单位是千克·米2(kg·m2)。

参考资料
  1. Stephen J. Chapman. Electric Machinery Fundamentals: fifth edition. Australia: McGraw-Hill, 2012: 5-7.
  2. 彭前程. 物理: 八年级下册. 北京: 人民教育出版社,2012: 17.
  3. 彭前程. (普通高中教科书)物理: 第一册. 北京: 人民教育出版社,××××: 89.