有限角位移不是向量。

2021-06-29 02:01:02 字數 1460 閱讀 9369

課本上對這句話如此輕描淡寫,「可以證明:有限大角位移δθ不是向量,因為δθ的合成不滿足適量運算法則;而無限小角位移是向量。用dθ表示」 可以證明,但是到底怎麼證明?想了一段時間,完全無法理解,後來上網查資料,發現要解釋的話需要用到還沒學過的東西,就把解釋先摘抄下來,以後慢慢參悟。在知乎上也提問了,可到現在還沒人回答.......

①乙個直觀的詮釋是,有限大角位移不滿足加法的交換律(也就是改變旋轉操作的次序,最後的結果就會有所變化),肯定不是向量。但是無限小角位移就很難從直觀去想象了。實際上,旋轉可以用矩陣來表示,通常來說矩陣的乘法(體現為角位移的加法)是不滿足交換律的,但無限小角位移的情況下一些交叉項是高階小量可以被略去,使得其滿足乘法的交換律。

並非一切具有大小和方向的量都可以稱為向量。除了大小和方向,最重要的還是滿足向量合成的平行四邊形法則。這法則是服從交換律的,即a+b=b+a。

②有限大的角位移不是向量,證否可以用舉例法。最簡單的乙個例子是翻轉一本書,連續翻轉兩次,記下翻轉的步驟,然後將步驟顛倒,再重複一次實驗。這兩次實驗的最終結果是不一樣的。可見,不滿足交換律。(這個例子也很費解啊,腦力有限,理解不了)這就說明它不滿足平行四邊形法則,即不是向量。

可以證明,無限小的角位移滿足向量合成的平行四邊形法則,具體證明過程我就不寫了,在大學的力學中角動量部分一般可以找到這個證明的。

③變化量的方向由右手定則來判斷。這個變化量就是無限小的角位移,所以變化量的方向即無限小的角位移的方向,無限小角位移的方向由右手定則定義。

角位移描述物體轉動時位置變化的物理量。它本來就不是向量,它是乙個關於轉動的量。角位置是相對於某一轉軸而言的,角位移當然也是這樣。直觀上就可以看出角位移並不同於一般常見的向量,它甚至沒有定向。 即使對角位移約定方向(如用右螺旋法則確定方向),它還是與轉軸的位置有關,這與向量是全然不同的,它也不滿足交換律。 相反,對於無窮小角位移是向量的問題,才真正值得思考。

④把旋轉寫成矩陣形式,有限大角位移不滿足交換律,而無窮小角位移由於可以略去高階小量滿足交換律,然後可以用levicivita張量將其收縮成向量形式,發現其滿足相關運算。 

上面幾點都說到了有限大角位移不滿足向量加法的交換律,具體怎麼不滿足的,需要後面學到的知識,就先不糾結了。

「設定與運動方向成右手螺旋的轉軸方向為座標軸正向,則當角速度和角加速度方向與座標軸正向相同時,ω和β取正值,反之取負值」

這句話讓我疑惑的是,座標軸的正向既然是運動方向決定的,那麼角速度的方向怎麼會與座標軸的正向相反呢?不懂不懂不懂》.《網上也沒有搜到

感覺大學物理與高中物理脫節有些嚴重啊。

今天接受了一項任務,幫《傳媒》雜誌門戶**蒐集資料,其實也很清楚就是從記者團里拉人做苦力,估計下段時間會有些辛苦。雜誌社的王叔叔和我們聊了聊天,解釋了一下任務,還對我們做了一些承諾,說的會讓我們優先的那些機會聽起來很誘人,不過我覺得就像開空頭支票一樣,並不靠譜,哈哈,沒事,幫幫忙也好,多乙個大朋友也無妨。

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