
角位移(Angular Displacement)是描述物体绕固定轴转动时位置变化的物理量,指物体在转动过程中角度变化的量度。其核心含义如下:
角位移定义为物体转动前后位矢(从转轴指向质点的矢量)扫过的角度,单位为弧度(rad)。在刚体转动中,它是描述转动状态的基本参量,具有矢量性,方向由右手螺旋定则确定(拇指指向转轴方向,四指弯曲方向为角位移正方向)。例如,一个车轮绕轴旋转30°,其角位移即为π/6弧度。
角位移关注角度变化,而线位移(Linear Displacement)描述物体位置的直线距离变化。二者通过转动半径 ( r ) 关联:线位移 ( s = r cdot theta )(( theta ) 为角位移)。例如,车轮边缘一点的线位移大小取决于该点到轴心的距离和车轮转过的角度。
角位移广泛应用于机械工程(如齿轮传动角度分析)、机器人学(关节转动控制)、航空航天(飞行器姿态调整)及体育科学(运动员肢体动作量化)等领域。例如,机械臂关节的角位移精度直接影响其定位准确性。
术语辨析:
角位移(Angular Displacement)不同于角路程(Angular Distance),后者是标量,仅表示角度变化大小而不含方向信息。
权威参考来源:
定义与公式依据经典力学教材,如《University Physics》(Young & Freedman)第10章刚体转动理论,以及中国《物理学名词》规范术语(全国科学技术名词审定委员会发布)。
角位移是描述物体转动时位置变化的物理量,主要用于分析圆周运动或刚体定轴转动。以下是其核心要点:
定义与单位
角位移指物体绕某轴旋转时,其位置变化对应的角度值,符号为$theta$。常用单位包括弧度(rad)、度(°)和转数(rev)。例如,质点绕圆心从A点转到B点时,半径扫过的角度Δθ即为角位移。
方向性
角位移具有方向:逆时针转动时取正值,顺时针转动时取负值。这种方向规定与旋转的实际运动方向一致。
矢量性问题
有限角位移不是矢量,因为它不满足矢量叠加的对易律(即$theta_1 + theta_2
eq theta_2 + theta_1$)。但无限小角位移可视为矢量,适用于微积分分析。
应用场景
常见于刚体转动分析,如旋转天体运动、机械部件的定轴转动等。例如,风车叶片绕轴旋转时,叶片上任意点的角位移相同。
公式示例
角位移与角速度的关系为:
$$
omega = frac{dtheta}{dt}
$$
其中$omega$为角速度,$theta$为角位移。
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