基于滚动摩擦力的旋转运动分析
摘要：圆柱在水平地板上滚动时，通常情况下圆柱和地板都被视为刚体。当忽略空气阻力时，运动方程有一个恒定速度的解。然而，在现实世界中，永久运动是不会发生的。这个困难不能仅仅通过水平力来解决，因为与平移方向相反的水平力会增加绕中心的角速度。因此，需要考虑其他机制。这个结果有两个主要原因。1）圆柱和地板都不是完美的圆和完美的平面，而是有不平整的表面。表面上的微小凸起会在垂直于地板的方向上产生微小的碰撞。碰撞会在中心周围产生滚动摩擦力矩。2）在接触部分会受到强大的力。高速变形会对应力和应变之间的关系产生历史效应，因为在接触部分的压缩波会以声速扩散到外部。因此也会产生滚动摩擦力矩。这两个力矩都是由垂直于地板的力引起的。通过求解旋转和平移的同时微分方程，滚动摩擦力矩消除了教科书结果和现实之间的差异。这种方法对于研究列车和汽车等滚动系统非常有用。
作者：Shosuke Sasaki, Yohe Namba, Tadao Iwanari and Yasuyuki Kitano
论文ID：2111.06258
分类：Classical Physics
分类简称：physics.class-ph
提交时间：2021-11-12