设土司在转动过程中,角速度为 ω ,在与水平面成θ 角度下,忽略空气阻力(因为在桌子不是超高情况下,土司落下过程中空气流体对土司的作用很小),有:
m*s*(dω/dt)=N+mg*cosθ (1) N方向受力分析,其中N为桌棱角对土司的支持力
m*s*ω*ω= R-mg*sinθ (2) R方向受力分析,其中R为桌棱角对土司的摩擦力
m(a*a/3+s*s)*(dω/dt)=mgs*cosθ (3) 以棱角为轴起矩动力学方程,等式左面前一部分是对棱角的极惯性矩。
(3)式揭露了角加速度和θ角的关系,dω/dt=(mgs*cosθ)/(m(a*a/3+s*s)) (4)
根据公式 ωdω=(dω/dt)dθ 两边积分,ω从0到ω,θ从0到θ ,得到任意一个角度下角速度的大小: ω=根号(2gs*sinθ)/(a*a/3+s*s) (6)
下面求在某个角度φ下,土司开始离开桌面。由于土司是静止开始转动,其水平方向并无速度,那么理论上,是打到与桌面滑动的条件下才开始掉落。也就是说:R=μN (5)
联立式子(1)(2),(3),(5),得到这个角度为 tanφ=μ(a*a/(3s*s-a*a)), 求个反函数就是了,有了这个角度,我们可以代入(6)求出 土司离开桌子瞬间的角速度。
土司离开桌子后,一边以不变的角速度自我转动,一边做自由落体。 t=根号2(h-a-s*sinθ)/g
当ωt+φ<3/2 pai(270度) 的时候,有butter 的一面一定朝上,其中t为butter面朝上的临界掉落时间,你有兴趣可以用些数据带进去算一下看。







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