理论力学中,同样都是求加速度,差距怎么就这么大捏?

第一题:
一个半径为12厘米,质量为8千克的均匀的固体圆筒在水平拉力下滚动(没有滑动),拉力大小为24N,求质心的加速度是多少?

答:均匀固体圆筒绕垂直圆盘的质心轴的转动惯量为mr^2/2,绕垂直圆盘的圆周上一点的转动惯量为3mr^2/2。现瞬时转动轴为固体圆筒与地面接触点,转动方程为:
F*2r=(3mr^2/2)*ββ=4F/(3mr)质心的加速度ac=βr=4F/(3m)=4*24/(3*8)=4m/s^2
第二题:
如图:半径为R的圆盘以匀角速度ω沿水平面滚动而无滑动,在图示位置时,A点的加速度为多少?

答:aA=圆心对地面的加速度+A点对圆心的加速=0+Rω^2=Rω^2。

这俩道题都是求加速度,请问为什么第一道题可以以地面接触点为瞬心列方程,而第二道题就不能呢?如果第二道也以地面为瞬心求加速度就得到:以地面那点为瞬心,vA=2Rω,然后把整个圆盘看成围绕地面做圆周运动,得出整个圆盘围绕地面做圆周运动的角速度等于ω,得到aA=2Rω^2(是错的)
为什么第一道题可以用瞬心法,第二道题就不能呢?
我认为:第一道题应该改成:
F*r=(mr^2/2)*β
β=2F/mr
质心的加速度ac=βr=2F/m=2*24/8=6m/s^2

瞬心是直接与“速度“相关联的,与”加速度“并无联系

第一题中,质心的加速度ac=βr的得出实际上是利用了无滑滚动条件:vc=ωr,
上式对时间求导,由于r不变,只取ω的导数,得ac=βr
你改的式子是不对的,问题在于没有考虑地面摩擦力,如果以质心为轴列转动的方程应为:
(F+f)r=(mr^2/2)*β,此处f为地面摩擦力,设为向左,实际上最后求得的f为负值,即向右,与F同向。
第二题中,求刚体上一点的加速度公式为:
a=a(基点)+ω'×r+ω×(ω×r)
因此若以O为基点,则a(基点)=0,ω'=0,所以最终A点加速度为ω^2*r,方向向下
如果考虑与地面接触点(设为B)为基点,则aA=aB+ω’×2r+ω×(ω×2r)
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第1个回答  2013-05-15
第一题你是用动量矩定理,用的速度瞬心。(该瞬时可以看成是转动的固定轴)
第二题你是用加速度合成定理。你把速度瞬心当成是加速度瞬心来用了,速度瞬心点的加速度并不等于0。追问

请问第一个为什么用的是速度顺心?他求的是加速度啊!!!
第二个为什么用的是加速度瞬心?
真心求解,拜托你了。

追答

第一个你用的是动量矩定理啊,直接求加速度是求不到的,不知道摩擦力,所以是通过摩擦力对与地面接触点的动量矩为0而跳过了求摩擦力这一步(所以矩心得用接触点),得出角加速度,间接得出质心加速度。

第二个接触点加速度本就不为0,(法向不为0)你要用接触点也行,得先求出接触点的加速度,再用加上A点相对于接触点的加速度得出,地面的法向加速度-Rω^2(向上)。
应该是 -Rω^2(向上)+2Rω^2(向下)=Rω^2

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