在外力作用下,物体的形状和大小(尺寸)保持不变,而且内部各部分相对位置保持恒定(没有形变),这种理想物理模型称之为刚体.
刚体是个理想模型。如果物体的刚性足够大,以致其中弹性波的传播速度比该物体的运动速度大很多,从而可以认为弹性扰动的传播是瞬时的,就可以把该物体当作刚体处理。
在刚体问题中,可将刚体当作一个特殊的质点组(质量连续分布,各质点间的距离保持不变)。将前面学过的关于质点组的动量定理,质心运动定理,角动量定理等用到这一特殊的质点组就可得到有关刚体的一些规律。
1、定义:在运动中,刚体上任意一条直线在各个时刻的位置都保持平行。
2、特点:①刚体上任意两点的连线在平动中是平行且相等的!
②刚体上任意质元的位置矢量不同,相差一恒矢量,但各质元的位移、速度和加速度却相同。因此,常用“刚体的质心”来研究刚体的平动:
3、平动的自由度:3个
令固定的参考平面为S0,沿该平面的垂直方向,将刚体向该平面作投影,得到一个外形一定的该刚体的投影面。刚体在作平面运动时,该投影面形状不变,且这“刚性”投影面在参考平面S0上作相应的运动。刚体上任意一条与参考平面S0垂直的直线与该投影面均有一交点Q。显然,在刚体作平面运动的过程中,刚体在此直线上的所有点的运动与该交点Q的运动一致。因此在研究刚体平面运动时,可以将刚体的刚性投影面为研究对象,而且只需在参考平面为S0的二维空间(-)中进行分析。为了叙述简洁,以后将刚体的刚性投影面就简称为刚体。
平面刚体运动的性质:
(1)保持距离不变。
(2)只要知道不共线的3个点A、B、C在变换m下的象A′、B′、C′,m就可以确定下来。
(3)平面刚体运动m:平面α→平面α将平面α内的直线映成直线,射线映成射线,线段映成等长的线段。
(4)在平面刚体运动m:平面α→平面α下,正n边形的大小和形状保持不变。