
角位移(Angular Displacement)是描述物體繞固定軸轉動時位置變化的物理量,指物體在轉動過程中角度變化的量度。其核心含義如下:
角位移定義為物體轉動前後位矢(從轉軸指向質點的矢量)掃過的角度,單位為弧度(rad)。在剛體轉動中,它是描述轉動狀态的基本參量,具有矢量性,方向由右手螺旋定則确定(拇指指向轉軸方向,四指彎曲方向為角位移正方向)。例如,一個車輪繞軸旋轉30°,其角位移即為π/6弧度。
角位移關注角度變化,而線位移(Linear Displacement)描述物體位置的直線距離變化。二者通過轉動半徑 ( r ) 關聯:線位移 ( s = r cdot theta )(( theta ) 為角位移)。例如,車輪邊緣一點的線位移大小取決于該點到軸心的距離和車輪轉過的角度。
角位移廣泛應用于機械工程(如齒輪傳動角度分析)、機器人學(關節轉動控制)、航空航天(飛行器姿态調整)及體育科學(運動員肢體動作量化)等領域。例如,機械臂關節的角位移精度直接影響其定位準确性。
術語辨析:
角位移(Angular Displacement)不同于角路程(Angular Distance),後者是标量,僅表示角度變化大小而不含方向信息。
權威參考來源:
定義與公式依據經典力學教材,如《University Physics》(Young & Freedman)第10章剛體轉動理論,以及中國《物理學名詞》規範術語(全國科學技術名詞審定委員會發布)。
角位移是描述物體轉動時位置變化的物理量,主要用于分析圓周運動或剛體定軸轉動。以下是其核心要點:
定義與單位
角位移指物體繞某軸旋轉時,其位置變化對應的角度值,符號為$theta$。常用單位包括弧度(rad)、度(°)和轉數(rev)。例如,質點繞圓心從A點轉到B點時,半徑掃過的角度Δθ即為角位移。
方向性
角位移具有方向:逆時針轉動時取正值,順時針轉動時取負值。這種方向規定與旋轉的實際運動方向一緻。
矢量性問題
有限角位移不是矢量,因為它不滿足矢量疊加的對易律(即$theta_1 + theta_2
eq theta_2 + theta_1$)。但無限小角位移可視為矢量,適用于微積分分析。
應用場景
常見于剛體轉動分析,如旋轉天體運動、機械部件的定軸轉動等。例如,風車葉片繞軸旋轉時,葉片上任意點的角位移相同。
公式示例
角位移與角速度的關系為:
$$
omega = frac{dtheta}{dt}
$$
其中$omega$為角速度,$theta$為角位移。
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