理论教育 物体转动问题的力矩及向量积计算方法

物体转动问题的力矩及向量积计算方法

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:在研究物体转动问题时,不但要考虑物体所受的力,还要分析这些力所产生的力矩.设O为一根杠杆L的支点,有一个力F作用于杠杆上P点处,的夹角为θ(图1-13).由力学规定,力F对支点O的力矩是一向量M,它的模M的方向垂直于与F所确定的平面,MZ的指向是按右手规则从以不超过π的角转向F来确定的(图1-14).图1-13图1-14向量积:已知向量a与b,向量c由下列两个方式定出.(1),其中θ为a与b间的夹

物体转动问题的力矩及向量积计算方法

在研究物体转动问题时,不但要考虑物体所受的力,还要分析这些力所产生的力矩.

力学规定,力F对支点O的力矩是一向量M,它的模

图1-13

图1-14

向量积:已知向量a与b,向量c由下列两个方式定出.

(2)c的方向垂直于a与b所确定的平面,c的指向按右手规则从a转向b来确定.则称向量c为向量a与b的向量积,记作a·b,即

向量积的性质:

(1)a·a=0;

(2)i·j=k,j·k=i,k·i=j,这里i,j,k是空间直角坐标系的三个基本向量.

向量积的运算律:

(1)交换律:a·b=-b·a;

(2)分配律:(a+b)·c=a·c+b·c;

(3)与数乘的结合律:(λa)·b=a·(λb)=λ(a·b)(λ为常数).

向量积的坐标表示:设a=(ax,ay,az),b=(bx,by,bz),按向量积的运算规律可得(www.daowen.com)

由于i·i=0,j·j=0,k·k=0,i·j=k,j·k=i,k·i=j,所以

为了便于记忆,利用三阶行列式符号,上式可写成

两个向量平行的条件:对于两个非零向量a与b,如果a·b=0,则a∥b;反之,如果a∥b,则a·b=0.

根据零向量与任何向量都平行,得向量a与b平行的充要条件为

由公式(1.4)可以看出向量a与b平行等价于

这正是上一节得到的向量a与b平行的充要条件.

例3 设向量a=(-2,1,1),b=(1,-1,-2),计算a·b.

例4 已知三角形ABC的顶点分别是A(1,2,3),B(3,4,5),C(2,4,7),求三角形ABC的面积.

解 根据向量积的定义,可知三角形ABC的面积

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