當(dāng)一個(gè)質(zhì)量為m且半徑為r的均質(zhì)圓盤在地面上進(jìn)行純滾動(dòng),其質(zhì)心處的速度為v時(shí),其動(dòng)能可以通過(guò)簡(jiǎn)單的公式來(lái)計(jì)算。根據(jù)動(dòng)能的性質(zhì),動(dòng)能可以分為質(zhì)心的平動(dòng)動(dòng)能和圓盤對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能兩部分。
首先,平動(dòng)動(dòng)能E由(1/2)mv^2給出,其中v是質(zhì)心的速度,與半徑r相乘得到vr,代入公式得E=(1/2)m(vr)。然而,為了得到完整的動(dòng)能,我們還需要考慮角動(dòng)能,它由(1/2)Jω^2組成,其中J是圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,等于m*r^2/2,而角速度ω等于質(zhì)心速度v除以半徑r,即ω=v/r。將這些值代入角動(dòng)能公式,我們得到角動(dòng)能e=(1/2)(m*r^2/2)(v/r)^2。
將平動(dòng)動(dòng)能和角動(dòng)能相加,我們最終得到圓盤的總動(dòng)能為Ek=(3/4)*m*v^2。這個(gè)結(jié)果表明,圓盤的動(dòng)能主要由其質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度決定,且與圓盤的質(zhì)量和半徑也有關(guān)。
需要注意的是,動(dòng)能是標(biāo)量,它不考慮運(yùn)動(dòng)方向,僅衡量物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能大小。動(dòng)能的計(jì)算與參照系的選擇有關(guān),不同的參照系可能導(dǎo)致速度v的差異,進(jìn)而影響動(dòng)能的值。此外,當(dāng)速度接近光速時(shí),狹義相對(duì)論會(huì)修正動(dòng)能,將其視為增加的質(zhì)量能。