• 進動

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    進動

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    進動旋轉體的旋轉軸方向的變化。 在適當的參考系中,它可以定義為xxx個歐拉角的變化,而第三個歐拉角定義旋轉本身。 換句話說,如果物體的旋轉軸本身圍繞第二個軸旋轉,則稱該物體繞第二個軸進動。 第二歐拉角發生變化的運動稱為章動。 在物理學中,有兩種類型的進動:無扭矩和扭矩引起的。

    在天文學中,歲差是指天體的旋轉或軌道參數的若干緩慢變化中的任何一個。 一個重要的例子是地球自轉軸方向的穩定變化,稱為分點歲差。

    無扭矩

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    無扭矩進動意味著沒有外部力矩(扭矩)施加到身體上。 在無扭矩進動中,角動量是常數,但角速度矢量隨時間改變方向。 使這成為可能的是隨時間變化的慣性矩,或者更準確地說,是隨時間變化的慣性矩陣。 慣性矩陣由相對于單獨的坐標軸計算的物體的慣性矩組成。 如果物體關于其旋轉主軸不對稱,則相對于每個坐標方向的慣性矩將隨時間變化,同時保持角動量。 結果是身體繞每個軸的角速度分量將與每個軸的慣性矩成反比。

    具有對稱軸的物體圍繞不與該對稱軸對齊的軸旋轉的無扭矩進動率可以計算如下:ωp = IsωsIpcos?(α ) 。 其中 ωp 是進動率,ωs 是關于對稱軸的自旋率,Is 是關于對稱軸的慣性矩,Ip 是關于其他兩個相等垂直主軸之一的慣性矩,和 α是轉動慣量方向與對稱軸的夾角。

    當物體不是完全固體時,內部渦流會抑制無扭矩進動,旋轉軸將與物體的慣性軸之一對齊。

    對于沒有任何對稱軸的一般固體對象,對象方向的演變由將內部坐標轉換為外部坐標的旋轉矩陣 R 表示,可以進行數值模擬。 給定物體的固定內部轉動慣量張量 I0 和固定外部角動量 L,瞬時角速度為 ω ( R ) = R I 0 ? 1 R T L,運動通過重復重新計算 ω 并在短時間 dt 內應用小旋轉矢量 ω dt 而發生; 有限時間步長引起的誤差往往會增加旋轉動能: E ( R ) = ω ( R ) ? L 2 進動

    扭矩引起的

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    扭矩引起的進動(陀螺儀進動)是旋轉物體(例如陀螺儀)的軸在施加外部扭矩時在空間中描繪一個圓錐體的現象。 這種現象在旋轉的玩具陀螺中很常見,但所有旋轉的物體都可以進行進動。 如果旋轉速度和外部扭矩的大小是恒定的,則自旋軸將與外部扭矩直觀產生的方向成直角移動。 在玩具陀螺的情況下,其重量從其質心向下作用,并且地面的法向力(反作用力)在與支撐的接觸點向上推動它。

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