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  • 1 # 使用者2458114238191884

    力矩是為了方便研究剛體“轉動”而提出的概念;就像力在“平動”中的作用一樣;

    運動有方向,所以力是有方向的;轉動也有方向,所以力矩也得有方向;

    最簡單的平動是直線運動,直線運動中,運動的方向只有2個,而影響運動的力的方向也只有2個;二力向量和為零,則“質點”處於平衡狀態;

    最簡單的轉動是平面轉動,平面轉動中,轉動的方向也只有2個(逆時針和順時針),相應的力矩的方向也只有2個:垂直平面向下和垂直平面向上;兩力矩的向量和為零,則剛體在轉動上平衡(不轉動或勻速轉動);

    至於為什麼選擇這樣的兩個方向,這可以從數學上找到根由。

    力和力矩都是向量(即向量),它們的合成最終都是向量的加法運算;

    除了加法(向量和),向量還有點乘(數量積)和叉乘(向量積)的運算;

    數量積可參考“功”的概念;而向量積的應用之一就是力矩:力矩就是力和力臂(加上方向)的向量積;

    作為一個向量,向量積的大小:反應了一個向量在另一個向量的“垂直方向”上的作用效果(數量積則是平行方向上的效果);因為是垂直,這就有了兩個方向,最終的計算結果應該如何確定方向呢?

    因為兩個向量有主次之分:一個是作用者,一個是被作用者;若將二者地位調換,則作用程度(大小)不變,但效果相反——這不正是向量的方向的意義嗎?所以:

    向量積的方向,反應了兩個向量間的“作用方式”;而這個方式只有兩種:要麼A對B,要麼B對A;它與A、B本身的方向均無關,即與A、B所在的平面無關;

    所以,與其在平面內與A、B的方向糾纏不清,還不如另闢蹊徑,從一個新的維度上尋找“方向”;自然而然結果就是:A、B向量積的方向垂直於A、B所確定的平面,是超脫於AB二維平面的第三個維度,這一個維度正好可提供所需的兩個方向;

    而向量積的這些屬性,恰好滿足對“力在轉動中的作用效果”的研究,所以就有了這個用向量積定義的概念——力矩。

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