刚体转动与天体轨道：滑冰者收拢手臂可以提高自身旋转速度

滚动物体同时具有平动动能和转动动能。车轮接触点瞬时静止不代表轮轴也静止。杠杆通过改变力臂实现不同的受力效果。省力杠杆通常需要付出更长的作用距离。定滑轮可以改变施力方向而不理想省功。动滑轮的省力效果与承重绳段数量有关。理想机械只能改变力与位移的分配关系。静力平衡需要同时满足合力和合力矩为零。

开普勒定律最初来自行星运动的观测归纳。万有引力作用于具有质量的物体之间。球对称天体外部引力可用中心质点近似。引力随距离增加而按平方反比关系减弱。轨道运动是物体持续处于自由下落的表现。卫星失重并不意味着所在地没有引力。圆轨道速度由中心天体质量和轨道半径决定。逃逸速度表示摆脱天体束缚所需的最低初速。

力矩衡量力改变物体转动状态的作用。力臂是转轴到力作用线的垂直距离。同样大小的力可能产生不同大小的力矩。转动惯量描述物体对角加速度的惯性。质量距离转轴越远通常使转动惯量越大。同一物体绕不同转轴具有不同转动惯量。角速度表示转角随时间变化的快慢。角加速度描述角速度随时间的变化。

刚体各点转动角速度相同而线速度不同。轮缘位置的线速度取决于半径和角速度。角动量是描述系统转动状态的重要物理量。外力矩为零时系统总角动量保持守恒。滑冰者收拢手臂可以提高自身旋转速度。角动量守恒不要求转动动能必然守恒。陀螺进动涉及重力矩与角动量方向变化。纯滚动要求接触点相对地面瞬时静止。