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平移运动

“理想刚体”是一种有限尺寸,可以忽略形变的固体。不论是否感受到外力,在刚体内部,点与点之间的距离都不会改变。根据相对论,这种物体不可能实际存在,但物体通常可以假定为完美刚体,前提是必须满足运动速度超小于光速的条件。

一个刚体在做平移运动。

如右图所示,从时间

t

1

{\displaystyle t_{1}}

到时间

t

2

{\displaystyle t_{2}}

,当刚体在做平移运动时,任意内部两点,点P与点Q的轨迹(以黑色实线表示)相互平行,线段

P

Q

¯

{\displaystyle {\overline {PQ}}}

(以黑色虚线表示)的方向保持恒定、长度不会改变。

挑选刚体内部一点G来代表整个刚体,则在刚体内部任意一点P的位置

r

P

{\displaystyle \mathbf {r} _{P}}

r

P

=

r

G

+

r

P

/

G

{\displaystyle \mathbf {r} _{P}=\mathbf {r} _{G}+\mathbf {r} _{P/G}}

其中,

r

G

{\displaystyle \mathbf {r} _{G}}

r

P

/

G

{\displaystyle \mathbf {r} _{P/G}}

分别是点G的位置、点P对于点G的相对位置。

呈平移运动的刚体,其平移速度是向量,是其位置向量的时间变化率,即点G的速度。由于

r

P

/

G

{\displaystyle \mathbf {r} _{P/G}}

是常向量,其时间变化率为零,点P的速度等于点G的速度:

v

P

=

v

G

{\displaystyle \mathbf {v} _{P}=\mathbf {v} _{G}}

同样原因,点P的加速度等于点G的加速度:

a

P

=

a

G

{\displaystyle \mathbf {a} _{P}=\mathbf {a} _{G}}

所以,呈平移运动的刚体,其内部所有质点的速度都相同、加速度也相同。