轉動運動與角動量
轉動運動學方程式(rotational kinematic equations)
這些是直線運動裡「等加速度方程式」在轉動世界的雙胞胎。若某物以穩定的速率加速或減速旋轉——即角加速度為定值——這些方程式便能讓你預測任一後續時刻它轉了多少、轉得多快,不必盯著整個過程看。
它們與線性方程式完全對應:角度 theta 扮演位置、角速度 omega 扮演速度、角加速度 alpha 扮演加速度。對定值 alpha:omega = omega_0 + alpha t;theta = theta_0 + omega_0 t + 1/2 alpha t^2;以及 omega^2 = omega_0^2 + 2 alpha (theta - theta_0)。把它們和 v = v_0 + a t、x = x_0 + v_0 t + 1/2 a t^2 對照——結構一模一樣,只是換成轉動量。
任何穩定的加速或減速旋轉都用得上:硬碟達到轉速、輪子煞停、鑽頭升速。因為物體上一點滿足 v = r omega 與 s = r theta,一旦解出轉動,你立刻就知道邊緣的線速率與距離會如何。
一個輪子從靜止開始(omega_0 = 0),角加速度為定值 alpha = 2 rad/s^2。經過 t = 3 s:omega = alpha t = 6 rad/s,theta = 1/2 alpha t^2 = 1/2 x 2 x 9 = 9 rad(約 1.4 圈)。
與 x = x_0 + v_0 t + 1/2 a t^2 同構,只把各量換成轉動量。
這些式子只在 alpha 為定值時成立,正如線性方程式要求 a 為定值;若力矩在變,就得改用積分。
又称
另见