含颗粒圆柱沿斜面滚动的理论与实验研究
物理教育
2014-01-20 v1
摘要
本文研究了内含颗粒的空心圆柱体沿斜面滚动的动力学。提出了一种用于研究该圆柱体行为的理论方法。给出了允许系统向下滚动的斜面临界角。使用六种颗粒的简单实验一致地证实了理论预测。我们表明，临界角与颗粒的粒径分布无关。我们观察到，颗粒在圆柱体内部的滑动角是恒定的，且令人惊讶的是，它与颗粒的雪崩角相似。我们的理论预测可用于在无需考虑颗粒形状、表面粗糙度和粒径分布的情况下确定临界角。此外，我们推导了系统在略微偏离平衡状态时的振荡频率，表明该频率最初随颗粒体积增加而升高，随后降低。当圆柱体为空或完全充满颗粒时，振荡消失。进一步地，确定了能量耗散随圆柱体系统体积分数和质量分数的函数关系。这项工作可能有助于学生理解课堂教学中常见的标准滚动之外的其他滚动运动。
引用
@article{arxiv.1401.4304,
title = {Theoretical and Experimental Studies on a Cylinder Containing Granules Rolling Down an Inclined Plane},
author = {Edy Wibowo and Sutisna and Mamat Rokhmat and Elfi Yuliza and Khairurrijal and Mikrajuddin Abdullah},
journal= {arXiv preprint arXiv:1401.4304},
year = {2014}
}
备注
35 pages, 18 figures