Warum ist die Winkelbeschleunigung in verschiedenen momentanen Referenzrahmen konstant?

Nehmen Sie folgendes Beispiel: Ein Stab (der Länge L und der Masse m) wird an beiden Enden durch Stützen horizontal gehalten. Einer wird sofort entfernt.

Das konkrete Problem besteht darin, nachzuweisen, dass die Kraft auf die andere Stütze von mg/2 auf mg/4 abfällt, was ich bewiesen habe, indem ich zunächst den Massenmittelpunkt als Momentanbezugssystem und damit eine Drehung um die Stütze betrachtet habe.

Auflösen von Winkelkräften: (F = Kraft am Drehpunkt, I = Trägheitsmoment = m(L^2)/12, ω = Winkelgeschwindigkeit)

 FL/2 = I * dω/dt
 FL/2 = m(L^2)/12 * dω/dt
 F = mL/6 * dw/dt   (1)

Nehmen wir nun den momentanen Bezugsrahmen um den Drehpunkt: (I = M(L^2)/3, ω' = Winkelgeschwindigkeit, Kraft bei CoM = mg)

mg * L/2 = I * dω'/dt
mgL/2 = mL2/3 * dw'/dt 
dw'/dt = 3g/2L    (2)

Die gewünschte Lösung findet man durch Einsetzen von (2) in (1), dh durch Gleichsetzen von dw'/dt und dw/dt. Warum ist das möglich?

Antworten (1)

Was ist Winkelgeschwindigkeit? Es ist eindeutig v R wo Symbole ihre übliche Bedeutung haben.

Rod dreht sich um seinen, sagen wir, ganz rechten Punkt, sagen wir Ö . Wir werden die linke Seite als positiv betrachten X -Achse.

Betrachten Sie nun einen Punkt A auf Distanz R 1 davon. Lassen Sie die Stange eine augenblickliche Winkelgeschwindigkeit haben ω . Alle Punkte auf der Stange haben dies ω wrt Ö .

Betrachten Sie einen entfernten Punkt B R 2 davon, klar mit gleich ω wrt Ö . Dies ist daran zu erkennen, dass die Änderungsrate der Winkelverschiebung für alle Punkte gleich ist ω = D θ D T

Annehmen R 2 > R 1

Betrachten Sie nun den Punkt A als Bezugsrahmen und lassen Sie uns rechnen ω ' was Winkelgeschwindigkeit von ist B wrt A . Deutlich, v A = ω R 1 wrt Boden und das von B Ist ω R 2 . Jetzt berechnen v von B wrt A .

Ganz klar, das ist es v B v A = ω ( R 2 R 1 ) Und Abstand dazwischen A Und B Ist R 2 R 1 .

Also, was bekommst du ω ' ?

ω ' = ω ( R 2 R 1 ) R 2 R ! = ω

Da die momentane Winkelgeschwindigkeit gleich ist, ändert sich ihre Geschwindigkeit a wird auch gleich sein. Kapiert?

Dies ist eine etwas allgemeine Antwort, gilt aber auch für Ihre Frage. Sie können Ihre Frage auch lösen, indem Sie das zweite Newtonsche Gesetz verwenden und verwenden A = a L 2