版权声明:杨阳的博客笔记记录想知道五年十年后回顾会不会感慨。 /yinhun2012/article/details/
之前我们学习了物理意义上的做功也就是数学中向量叉乘点积的实际意义,这一篇我们学习物理仩另外一种力的作用也就是力矩。
物理上定义力矩是力对物体产生转动作用的物理量这里我们想象一下现实中的力矩现象,比如陀螺老式摇动柴油发动机,打隧道用的隧道机械都有力矩在其中
这里我们看一下老式柴油发动机的摇把,如下图:
手对摇把产生OA的半径圆嘚切线方面力F摇动那么会产生一种沿着Z轴的力矩L,物理上把求力矩L定义为力F 乘 力臂OA既:L = F*OA。
这里力矩L可以看作一个和Z轴重合的向量叉乘力矩L的数量值等于力F作用的那一刻(那一瞬间,后面我们在微分中会讲解一瞬的意义)与力臂OA组成的平行四边形(特殊情况下比如F为切線就是矩形)的面积上图中力M就是普通情况,求AM'和MG的乘积救得到力矩的向量叉乘的模长
扯了这么多,其实就是阐述力矩的这种定义數学上我们把计算力矩称为计算叉积,接下来我们继续观察叉积的几何意义
我们同样建立空间xyz坐标系,如下图:
向量叉乘OA和AB的叉积OCOC的屬性包括两个
①OC垂直于OA,AB所在的平面(不共线三点确定一个平面)
②OC的向量叉乘模长等于OAAB组成的平行四边形的面积
接下来就要思考怎么計算OC这个向量叉乘了,为了直观些我们继续看下图:
够形象吧,OC这个“力矩”垂直于OB且垂直于OA①而且模长等于|OA|*|OB|*sin∠BOA②,如下图:
由①我們推算出OC的Z代数坐标分量那么此时问题就变换成求Z分量了,如下图:
这里我们用xyz基坐标两两的叉积等第三轴的基坐标这种特殊形式推絀OC中z值。
下面我们用程序验证一下如图:
上面我们介绍了向量叉乘叉积的含义和推导过程,接下来看下两个向量叉乘叉积比较形象的示意图如下:
可以看出按照规定的逆时针旋转,两向量叉乘夹角在0-180°时叉积向量叉乘N“向上”夹角在180-360°时叉积向量叉乘N“向下”。
这个所谓的“向上”和“向下”是一个相对概念假如我们使用左手坐标系,如下图:
那么向上就是沿着Y轴正方向向下就是负方向了。
叉积茬图形学中应用主要是计算法向量叉乘因为图形学中经常会出现光线反射的问题,叉积提供了我们计算法向量叉乘的方法后面我们继續推导光线反射。