惯导学习中遇到了很多很多次的哥氏定理,抓住这次机会,好好学一学。
定义
哥氏定理,又被称为科里奥利定理,常常用于坐标系之间的速度、加速度转换。
很简单它就是不同坐标系之间速度和加速度的变换定理。
更深入的了解请看科里奥利力、科里奥利力原理。
自己的理解
写一下核心的知识点,便于自己以后回顾。
几个概念要先说明一下。
- 坐标系
地心惯性系:坐标系不跟随地球转动而转动,相当于静态坐标系。
地球坐标系:与地球固联在一起,跟着地球一起转动,相当于动态坐标系。 - 两个点
动点和牵连点。
例如:将固联在船上的坐标系称为动态坐标系,固联在地球表面的坐标系称为静态坐标系,在船上的人可称为动点。与动点相重合的动坐标系上的点称为牵连点。 - 几个速度矢量,具体定义就不解释了。
$ v _a $:绝对速度,动点相对于静系的速度。
$ v_e $:牵连速度,牵连点相对于静系的速度。
$ v_r $:相对速度,动点相对于动系的速度。哥氏定理中的速度方程
所以有:一张图解释了全部
{ asset_img 1.jpg }
所以有 $v_{e1}=\omega\times OM_1$
即可得到:取一般情况,在转轴上随便取一点$O$,引$O$到动点的向量为$R$,则与动点重合的牵连点相对$O$的速度(牵连速度) 为 $\omega\times R$
再放一张图,解释的就更清楚了
{ asset_img 2.jpg }
这张图中关于加速度的内容到下一节再具体讲。
所以哥氏定理的速度转换方程为:其中$R$是静态系原点到动点的向量。$i$表示静态系(地心系),$e$表示动态系(地球系)。格式定理中的加速度方程
难点在于p14页,相对加速度。 - 首先要理解相对加速度和绝对加速度。
先盗图
{ asset_img 3.jpg }
按我自己的理解,比如说,绝对速度$v_a=\frac{dr}{dt}$,相对速度$v_r=\frac{dr_r}{dt}$。
$dr$是图中的$\Delta A$,$dr_r$是图中的$\Delta\tilde A $
所以绝对加速度和相对加速度也一样,
绝对加速度:$a_a=\frac{dv_a}{dt}$
但是,重点来了,相对加速度就不一样了,$a_r\neq\frac{dv_r}{dt}$,你可能会问这是为什么呢,相速度的导数不就是相对加速度吗,错了,为此我自己画了个图,看完图就完全理解了。
{ asset_img 4.jpg }
所以,相对加速度计算公式为: - 牵连加速度
用到了上一节的图
{ asset_img 2.jpg } - 求加速度方程
先抄一遍速度方程等式两边求导因为所以带入得称$a_k=2\omega\times v_r$为科氏加速度。
所以所以科里奥利力为: