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角速度

鎖定
假設某質點做圓周運動,在Δt時間內轉過的角為Δθ. Δθ與Δt的比值,描述了物體繞圓心運動的快慢,這個比值叫做角速度,用符號ω表示:
ω=|Δθ|÷Δt [1] 
角速度ω是矢量。按右手螺旋定則,大拇指方向為ω方向。當質點作逆時針旋轉時,ω向上;作順時針旋轉時,ω向下。 [2] 
中文名
角速度
外文名
angular velocity
所屬學科
物理
定義式
ω=dθ/dt
單    位
rad/s
方向確定
右手螺旋定則

目錄

角速度定義

設一質點在平面Oxy內,繞質點O作圓周運動.如果在時刻t,質點在A點,半徑OA與Ox軸成θ角,θ角叫做角位置.在時刻t+Δt,質點到達B點,半徑OB與Ox軸成θ+Δθ角。就是説,在Δt時間內,質點轉過角度Δθ,此Δθ角叫做質點對O點的角位移。角位移不但有大小而且有轉向。一般規定沿逆時針轉向的角位移取正值,沿順時針轉向的角位移取負值。
角位移Δθ與時間Δt之比在Δt趨近於零時的極限值為
ω叫做某一時刻t質點對O點的瞬時角速度(簡稱角速度)。 [3] 

角速度單位

當圓的半徑相同時,圓心角θ越大,它所對應圓的弧越長,二者成正比.因此可以用弧長與半徑的比值表示圓心角的大小。
例如,弧長是0.12m,半徑是0.1m,那麼θ=0.12m÷0.1m=1.2.
弧長與半徑的單位都是米,在計算二者之比時要消掉.為了表述的方便,θ有一個單位:弧度,用符號rad表示。這樣,上面計算得到的角θ就是1.2弧度,記為θ=1.2rad. [1] 
對於一個圓,θ=2πrad=360°,則
角位移的單位是rad,角速度的單位是s-1或rad/s. [3] 

角速度方向

角速度是矢量。按右手螺旋定則,大拇指方向為ω方向.當質點作逆時針旋轉時,ω向上;作順時針旋轉時,ω向下。
設線速度為v,取圓心為原點,設位矢(位置矢量)為r,則
v=ω×r
該式可以作為角速度這個物理量的普遍定義式。 [2] 

角速度矢量性

角座標φ和角位移Δφ不是矢量。令Δt→0,則角位移Δφ以零為極限,稱為無限小角位移。無限小角位移忽略高階無窮小量後稱為微分角位移,記為.可以證明,是矢量.進而,角速度ω=/dt也是矢量。 [4] 
角速度ω偽矢量 [5]  右手系改為左手系時,角速度反向.其本質是二階張量Ω),而一般矢量的本質是一階張量,因此,矢量是角速度的簡便表達,張量是角速度的準確表達。 [6] 
參考資料
  • 1.    人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書 物理2 必修.北京:人民教育出版社,2010:17
  • 2.    鍾錫華,周嶽明.大學通用物理教程——力學(第二版).北京:北京大學出版社,2010:24
  • 3.    程守洙,江之永.普通物理學(第七版) 上冊.北京:高等教育出版社,2016:24
  • 4.    李復.力學教程(上).北京:清華大學出版社,2011:23
  • 5.    趙雲輝,關於極矢量與軸矢量的探討,邵陽學院學報(自然科學),2003,2(5):37
  • 6.    劉軍華,李俊峯,關於剛體角速度的認識與思考,力學與實踐,2018,40(1):76-78