純滾動瞬心

今天做理論力學作業的時候,被一道題目驚呆(見題圖),懷疑人生?C點明明已經是瞬心,為何莫名其妙又有瞭速度。然後得知此處的速度是定速度瞬心的速度。因此想來扒一扒瞬心那些令人費解的事情。

閱讀此文需要一些動力學基礎


先放上純滾動定義:

沒有滑動的滾動稱為純滾動(pure rolling)。依照定義,若滾動物體任一時間接觸到表面的點,其瞬時速度都和表面相同,這就是純滾動。若滾動物體的參考平面為靜止的,表示接觸點的瞬時速度也要是零。

O點就是此刻的瞬心!! v_o=0

純滾動物體上任何一點的速度都是 nu=omegatimes r ,其中 r 是該點相對於接觸點(滾動物體和表面接觸點)之間的位移向量, omega 是角速度向量(物體的轉動角速度),這是由速度轉移公式得到的

v_A=v_B+omega times bar{BA}

自然的,我們會好奇O點的加速度是否也為零?

顯然不是,如果O點的速度和加速度都為零,就是既無運動也無運動趨勢的意思,但是明顯O點是有x遠離參考平面的運動趨勢的。

因此,速度的瞬心並非就是加速度瞬心!

那麼,怎麼求物體上某一點的加速度?

對速度求導就是加速度

所以選中C點,因為C點的速度永遠可以表示成 omega times R bar{j} ,所以OC點的加速度為 varepsilon times Rbar{j}

從而通過加速度的轉換,能夠得到各個點的加速度

a_i=a_c+varepsilon times r-omega ^2 r

r 是C到觀察點的向徑


定瞬心線和動瞬心線

定瞬心線是在慣性坐標系下的瞬心連線,純滾動下就是參考平面

動瞬心線是在質心坐標系下的瞬心連線,純滾動下就是球面

赞(0)