計算機物理學 剛體動力學 1

2021-07-03 22:34:24 字數 1973 閱讀 9746

在實際物理中我們用積分來計算物體的質量,相對於海平面的重力加速度計算物體的重力,以微分的概念計算物體的質心,轉動慣量等,這在計算機中實現是非常困難的。計算開銷將非常的大,所以在計算機中我們通常以近似公式來模擬物體的物理特性。

概念普及物體的質量是表明物質的多少與重量不同,重量通常是表示重力作用在物體上所產生的量, 單位是牛頓,在海平面上9.8m/s的加速度的乘積。例如 5kg*9.8 =49n

物體質量的計算

物理方程: m=

∫ρdv

計算機近似方程: mt

=∑mi

物體質心(重心)的計算

物理方程: x0

=∫x0

dm/m

y0=∫y0d

m/m

z0=∫

z0dm

/m計算機近似方程: cg

=∑cg

i(mi

)/mt

物體轉動慣量的計算

因為物體的轉動慣量通常在計算上非常複雜,特別是不規則體,質量分布不均體,通常用標準體的轉動慣量的結合來模擬最終的結果。這其實也是無奈之選。下面是簡單物質均勻分布的實體轉動慣量的近似方程。

物理方程: ix

x=∫r

2xdm

=∫y2

+z2d

m iy

y=∫r

2ydm

=∫z2

+x2d

m iz

z=∫r

2zdm

=∫x2

+y2d

m 計算機近似方程:長:z軸 寬y軸 高x軸

圓柱體:

圓柱體殼:

2 立方柱體:

2)球體:

球殼:

因為所有的轉動慣量是相對於軸而言的.我們不可能每次移動就對軸重新計算一次轉動慣量的積分(但現實世界就是這樣因為其計算消耗是零.. :p),所以我們近似的用一種近似方程來增加相對於重心軸座標而言的平行軸的距離相關的轉動慣量函式。

當然機敏的同學已經想到萬一轉動軸與重心座標軸不平行呢?

比如:

繞任意軸轉動的,這種複雜性我們必須給物體的i新增一些項來處理它,而當轉動軸離開物體空間比較遠的時候,完全可以當做乙個整體來計算,而物質在物體中的分布形成的每個部分的轉動慣量不均勻可以忽略不計。

計算機近似轉動慣量方程:

當然上述所有方程在多種物體組合的情況下都是累和。

想象乙個人坐在一輛車上,對於車的轉動慣量而言是車加上人的分別的轉動慣量之和。

計算機物理學 剛體動力學 2

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