转动参考系中质点运动的动力学分析及数值模拟DYNAMIC ANALYSIS AND NUMERICAL SIMULATION OF PARTICLE MOTION IN A ROTATING REFERENCE FRAME
师玉荣,张得健,王峰
摘要(Abstract):
转动参考系中质点在惯性力作用下的运动是力学教学的难点,本文分别在匀角速转动参考系、变角速转动参考系和惯性系下对该问题的动力学进行分析,得出质点的动力学微分方程;并基于欧拉法,利用Matlab软件对该问题的动力学微分方程进行了数值计算求解和模拟,直观地画出了质点的运动轨迹,基于程序数据对该问题的运动规律进行了较为深入的分析。将研究内容融入教学中,提高了教学效果,培养了学生解决实际问题的能力,对海洋科学、大气科学等相关的专业的后续专业课学习产生了积极的影响。
关键词(KeyWords): 转动参考系;科里奥利力;惯性离心力;极坐标系;Matlab
基金项目(Foundation): 2021年中国高等教育学会专项课题“学科竞赛驱动的物理创新人才培养模式探索与实践”(21LKYB03);; 2021年山东省本科教学改革研究重点项目“基于一流本科课程的区域性虚拟教研室建设方法和实践探索”(Z2021129)
作者(Author): 师玉荣,张得健,王峰
参考文献(References):
- [1] 简粤.无阻尼情况下科里奥利力对抛体运动的影响[J].兰州工业学院学报,2016,23(3):86-90.JIAN Y.Effect of Coriolis force on the projectile motion without resistance[J].Journal of Lanzhou Institute of Technology,2016,23(3):86-90.(in Chinese)
- [2] 王安祥,李继军,等.基于Matlab的科里奥利力对抛体运动的影响[J].陕西科技大学学报:自然科学版,2010,28(6):106-110.WANG A X,LI J Y,et al.Study on the effect of Coriolis' force on projectile motion based on Matlab[J].Journal of Shanxi University of Science & Technology,2010,28(6):106-110.(in Chinese)
- [3] 潘武明.牛顿动力学方程的数值解法[J].高等函授学报(自然科学版),2002(1):22-23.PAN W M.Numerical solution of Newton's dynamic equations[J].Journal of Higher Correspondence Education(Natural Sciences),2002(1):22-23.(in Chinese)
- [4] 蒋志洁,阳生红,张曰理,等.运用Matlab辅助大学物理教学,提高教学质量[J].物理与工程,2019,29(S1):69-72.JIANG Z J,YANG S H,et al.Improving teaching quality of college physics using the Matlab numerical calculation and simulation[J].Physics and Engineering,2019,29(S1):69-72.(in Chinese)
- [5] 华玲玲,杨阳.大学物理教学中培养科学计算能力的研究[J].物理与工程,2013,23(3):37-41HUA L L,YANG Y.Research on cultivating scientific computing ability in college physics teaching[J].Physics and Engineering,2013,23(3):37-41.(in Chinese)
- [6] 于凤军.质点在非光滑转动圆盘上的运动[J].大学物理,2018,37(2):22-25,41.YU F J.The motion of a particle on a non-smooth rotating disk[J].College Physics,2018,37(2):22-25,41.(in Chinese)
- [7] 乔雷,姜波,朱红波.在转动参考系中研究中心力场的圆形轨道稳定性[J].大学物理,2012,31(11):49-51.QIAO L,JIANG B,et al.Research on stability of circular orbit of a particle exerted by a central force in a rotating frame of reference[J].College Physics,2012,31(11):49-51.(in Chinese)