角加速度jiaojiasudu

见“刚体定轴转动”。

角加速度

描述角位移变化快慢和方向的物理量。角速度的变化和所历时间的比值称为这段时间内的平均角加速度。当所历时间趋于零时，这一比值称为物体在该时刻的瞬时角加速度。角加速度可用矢量表示，其方向就是角速度变化的方向。它的SI单位是弧度/秒²。

角加速度

当飞机作横滚、螺旋、盘旋动作，以及飞机转弯或遇气流发生各种摆动时，均有角加速度影响发生。半规管系统是感受角加速度适宜刺激的器官，对保持空间定向、维持身体姿势平衡颇为重要。但在一定条件下，角加速度刺激也可引起飞行错觉、晕机病等而影响飞行工作和安全。深入研究角加速度的生理效应，对于空勤人员医学鉴定、飞行错觉的预防和克服、飞行训练以及飞行器的设计等均具有重要意义。
角量 当物体围绕一定转轴转动时，即可用该物体上任一半径的转角变化来定量地描述其转动运动。与 “线量”相对应，遂有角位移θ、角速度ω及角加速度ξ等所谓“角量”的物理量。其中，角速度的时间变化率即为角加速度：
瞬时角加速度，ξ=ω=θ　(1)
平均角加速度，ξ=　(2)
角加速度为不同值时的物体转动情况如下：ξ>0，物体作加速转动；ξ<0，减速转动；ξ=常量，匀加速转动； ξ=0，匀速转动。角量是从转角变化对运动状态的描述。角量与线量间有确定的关系。在一以角量ω、ξ作转动的系统中，距转轴R处，物体所获得的切向加速度a_t及法向加速度a_n分别为：
　a_n =Rω²及a_t＝Rξ。
可见，角加速度最终亦因其能引起切向和法向惯性力而影响半规管系统。由于单位及矢量方向性规定不同，故不能用G单位表示角加速度矢量，后者也不能与线加速度矢量直接作矢量和运算。但角加速度矢量之间可作运算，这对于研究前庭生理非常重要。
角加速度影响机理 角加速度是半规管壶腹嵴-胶顶-内淋巴液系统(下简称“半规管系统”)的适宜刺激。角加速度暴露所引起的惯性力场可使半规管内淋巴液流动，胶顶偏移，感觉细胞纤毛弯曲，产生神经冲动。胶顶偏移程度决定于内淋巴液惯性运动在胶顶两侧产生的压降△P。压降值又与角加速度值ξ、内淋巴液的粘滞度ρ和半规管切面S有关，即

△P=2ξρS。

通常ρ、S是常量，故△P即决定于ξ值。半规管系统对头部倾动产生正确反应的理想条件是： 头部转动频率范围0.5～5.0Hz; 角加速度作用时间在2s以内。此种条件下，内淋巴液流动的角度与胶顶偏移角度一致。
主要是处于旋转平面上的半规管的内淋巴液发生流动，产生最有效的刺激，但其他半规管的内淋巴液也发生流动，产生相应的刺激。引起前庭生理反应的角加速度阈值，文献报道不尽一致，与各作者实验条件不同有关。不同轴向角加速度的生理阈值范围为0.035～8.2°/s²₉，公认的平均值为0.5°/s²。角加速度所引起的生理效应与其值和作用时间有关。在一定范围内，两者呈指数关系，角加速度值越高所需作用时间越短。对角加速度易感者，很低的角加速度值和很短的作用时间即可引起明显的生理反应。角加速度所引起的前庭生理反应有： 前庭知觉反应、前庭小脑反应、前庭植物神经反应、前庭眼动反应和前庭脊髓反应等。
前庭知觉反应 角速度不引起半规管内淋巴液流动，故亦不引起旋转知觉。匀角加速度使内淋巴液作惯性移动，乃引起旋转知觉。角加速度的变化可使内淋巴液作加速或减速惯性移动，引起加速或减速旋转知觉。绕立轴 (Z) 的角加速度引起与旋转方向一致的水平旋转知觉，该轴向的角减速度引起与旋转方向相反的水平旋转知觉。绕纵轴(X)的角加速度引起与旋转方向一致的滚转知觉，该轴向的角减速度引起与旋转方向相反的滚转知觉。绕横轴(Y)的角加速度引起与旋转方向一致的翻转知觉，该轴向的角减速度引起与旋转方向相反的翻转知觉。除方向性外，角加速度的其他参数，如持续时间、加速度的时间变化率等不同时，所引起的旋转知觉也不一样。以绕立轴 (Z)的水平旋转为例 （见图），只是当阈上角加速度刺激的作用时间在2秒以内 (图中a)，或在角加速度刺激持续作用的初始阶段 (图中b、c)才有正确反映实际的旋转知觉； 其他情况下都引起错误知觉。两个或三个轴向的角加速度刺激同时作用于半规管系统将引起更复杂的知觉反应(见“科里奥利加速度”)。

三个轴向旋转的前庭眼动反应

注： ++—兴奋强的眼外肌； +—兴奋弱的眼外肌

绕立轴(Z)不同形式角加速度刺激引起的旋转知觉(引自Benson,1965)

图中： 实线代表角速度，虚线代表旋转知觉。曲线向上表明旋转知觉方向朝右； 向下，表明朝左。(a)阈上角加、减速度刺激，作用时间<2 s; (b)阈上角加速度刺激持续作用； (c)阈上角加速度刺激，达到一定角速度后呈匀速旋转，持续一定时间后又以阈上角减速度停止旋转； (d)阈下角加速度刺激，持续一定时间后，以阈上角减速度停止旋转

前庭小脑反应 角加速度引起的前庭传入冲动可达到小脑的绒球、小结、蚓垂和顶核等。小脑的活动通过抑制性浦肯野氏细胞及兴奋性顶核细胞反馈作用于前庭神经核的神经元，借此对前庭脊髓反射、前庭眼动反射、前庭植物神经反射起控制、调节作用。
前庭植物神经反应 前庭系统通过小脑、网状结构、下丘脑、边缘系统、大脑皮层及有关内分泌腺(如垂体、肾上腺等) 引起广泛的植物神经反应。反应过程基本符合Seyle提出的非特异性应激反应的三个分期。即
❶应激反应期： 前庭刺激使肾上腺素大量分泌入血引起生理反应，症状表现可有发热感、面色苍白、出冷汗、皮肤温度升高、动脉血压升高、脉率加快等。
❷防御反应期： 肾上腺皮质类固醇激素大量分泌入血引起生理反应，除原有症状加重外，还可能出现头痛、头晕、恶心、呕吐等。
❸衰竭反应期： 表现为休克样症状，如皮肤温度及动脉血压下降、出冷汗、呼吸浅而不规则、恶心、呕吐、精神萎靡、嗜睡等。实际飞行中发生的晕机反应主要是前两个时相的症状。
前庭眼动反应 半规管系统产生的神经冲动经前庭神经核、内侧纵束等可传至Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ脑神经核，引起相应的眼动反应。三个轴向旋转时的各半规管淋巴液流向、眼外肌兴奋状况和产生的眼动形式见上表。眼球震颤是角加速度引起的典型前庭眼动反应。前庭性眼震有“水平性”、“垂直性”及“旋转性”之分；由两种成分，即“快动相”与“慢动相”组成。快动相方向与旋转知觉方向一致，慢动相最能反映胶顶偏移的动态变化。用眼震电图记录到的眼震曲线呈锯齿状，快动相陡直、慢动相坡缓。眼震电图以快动相方向确定方向：“向上”是指“右向水平眼震”或“向上的垂直眼震”；“向下”是指“左向水平眼震”或“向下的垂直眼震”。分析眼震电图的主要参数有： 潜伏期、持续时间、眼震波总次数、频率、波幅、快动相及慢动相角速度等。由此还可进一步计算“两侧不对称比”和“慢动相衰减指数”等。这些参数在前庭功能检查及有关研究中均有重要意义。还可通过眼震反应建立的数学模型对前庭机理作进一步分析，提高飞行人员前庭功能鉴定及临床诊断水平。
前庭脊髓反应 在角加速度作用下，前庭神经冲动通过前庭脊髓外侧束和前庭脊髓内侧束及网状脊髓束路引起颈、躯体及四肢的肌肉运动反射。
机体处于不同功能状态或有其他环境因素存在时，前庭反应可发生改变。如睡眠不足、过度疲劳、饮酒、使用中枢神经系统药物、脑力工作过度紧张、健康状况不佳等，以及在缺氧、高温、电离辐射、噪声、振动、直线加速度等影响下前庭反应可增强，并可使隐性的两侧前庭功能不对称转变为显性的不对称。由此可引起眩晕、错觉和晕机病，以致影响飞行工作和安全。如角加速度刺激反复多次作用，则前庭反应可明显减弱，而发生“适应”。对角加速度易感者，可通过特殊体育锻炼使其产生前庭适应，对减轻飞行中的晕机反应和预防严重飞行错觉有一定作用。

角加速度

angular acceleration