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剛體

鎖定
剛體是指在運動中和受力作用後,形狀和大小不變,而且內部各點的相對位置不變的物體。絕對剛體實際上是不存在的,只是一種理想模型,因為任何物體在受力作用後,都或多或少地變形,如果變形的程度相對於物體本身幾何尺寸來説極為微小,在研究物體運動時變形就可以忽略不計。把許多固體視為剛體,所得到的結果在工程上一般已有足夠的準確度。但要研究應力應變,則須考慮變形。由於變形一般總是微小的,所以可先將物體當作剛體,用理論力學的方法求得加給它的各未知力,然後再用變形體力學,包括材料力學、彈性力學、塑性力學等的理論和方法進行研究。
剛體在空間的位置,必須根據剛體中任一點的空間位置和剛體繞該點轉動時的位置(見剛體一般運動)來確定,所以剛體在空間有六個自由度
中文名
剛體
外文名
Rigid body
適用領域
自然科學
所屬學科
力學
特    點
固體,尺寸值有限,形變可以忽略
性    質
理想模型

目錄

剛體定義

剛體(rigid body)是指在運動中和受到力的作用後,形狀和大小不變,而且內部各點的相對位置不變的物體。絕對剛體實際上是不存在的,只是一種理想模型,因為任何物體在受力作用後,都或多或少地變形,如果變形的程度相對於物體本身幾何尺寸來説極為微小,在研究物體運動時變形就可以忽略不計。

剛體特點

①剛體上任意兩點的連線在平動中是平行且相等。
②剛體上任意質元的位置矢量不同,相差一恆矢量,但各質元的位移、速度和加速度卻相同。因此,常用“剛體的質心” 來研究剛體的平動。

剛體應用

把固體視為剛體,所得到的結果在工程上一般已有足夠的準確度。但要研究應力和應變,則須考慮變形。由於變形一般總是微小的,所以可先將物體當作剛體,用理論力學的方法求得加給它的各未知力,然後再用變形體力學,包括材料力學、彈性力學、塑性力學等的理論和方法進行研究。
剛體在空間的位置,必須根據剛體中任一點的空間位置和剛體繞該點轉動時的位置(見剛體一般運動)來確定,所以剛體在空間有六個自由度。
在很多情況下,固體在受力和運動過程中變形很小,基本上保持原來的大小和形狀不變。對此,人們提出了剛體這一理想模型。就是在任何情況下形狀和大小都不發生變化的物體,其特點是:在運動過程中,剛體的所有質元之間的距離始終保持不變。因此,構成剛體的質元只能以非常受限制的方式彼此相對運動。而且,作用在剛體各個部分之間的內力,在剛體的整體運動中不起作用。
實際物體都不是真正的剛體。若物體本身的變化不影響整個運動過程,為使被研究的問題簡化,可將該物體當作剛體來處理而忽略物體的體積和形狀,這樣所得結果仍與實際情況相當符合。例如,物理天平的橫樑處於平衡狀態,橫樑在力的作用下產生的形變很小,各力矩的大小都幾乎不變。對於形變,實際是存在的,但可不予考慮。為此在研究天平橫樑平衡的問題時,可將橫樑當作剛體。
在外力作用下,物體的形狀和大小(尺寸)保持不變,而且內部各部分相對位置保持恆定(沒有形變),這種理想物理模型稱之為剛體。
剛體是個理想模型。如果物體的剛性足夠大,以致其中彈性波的傳播速度比該物體的運動速度大很多,從而可以認為彈性擾動的傳播是瞬時的,就可以把該物體當作剛體處理。
在剛體問題中,可將剛體當作一個特殊的質點組(質量連續分佈,各質點間的距離保持不變)。關於質點組的動量定理,質心運動定理,角動量定理等用到這一特殊的質點組就可得到有關剛體的一些規律。