牛顿—欧拉方程

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2021年02月11日 05:46
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2021年2月11日发(作者:苏菲的选择)


牛顿


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欧拉方程



欧拉方程


(Euler equations)



是欧拉运动定律的定量描述,


欧拉运


动定律是牛顿运动定律的延伸,


在牛顿发表牛顿运动定律超过半个世

< p>
纪后,于


1750


年,欧拉才成功的用欧拉方程表 述了该定律:





























该方程是建立在角动量定理的基础上的描述刚体的旋转运动时


刚体所 受外力矩



与角加速度




的关系式,大多时候可简写成


:



























































其中,










分别为刚体坐标系




下三个轴的所受的外力矩,










分别为刚体三个坐标轴的转动惯 量


(


刚体坐标系下




)




欧拉方程通常与牛顿的平移运动方程被一起写出,称为牛顿


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拉方程


(Newton-Euler equations)




































这里对牛顿的平移运动方程不赘述,只对欧拉方程进行讨论。



1.



单质点角动量定理



质点旋转时,有动量定理:






对两边叉乘质点位置矢量



















观察:




























因为:


















故有:



































为外力矩






定义角动量







,可以看出






故有单质点的角动量定理:












2.



刚体的角动量定理



定义刚体的角动量为:


















下标


G< /p>


表示该向量为大地坐标系




下的,






的下标


其中:



i


表示该向量为大地坐标




下各个质量元的向量。


刚体旋转运动 参


考的惯性系是大地坐标系




,不能把采用刚体的本身坐标系





为参考系,本身坐标系




的提出只是方便我们某些量的分析与表





、惯性张量






述,如角速度


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