大学物理课件《力学》ch

力学物理基础-力学是物理学的基础学科之一,涉及物体运动和变形的规律掌握力学的基本概念和定律对于理解更复杂的物理现象至关重要第一章绪论力学是物理学的基础之一,研究物体受力与运动的规律这一章节将概述力学的内容和发展历程,为后续的深入学习奠定基础什么是力学研究物体运动和力的关系力学研究物体在力的作用下如何运动，以及物体的加速度、速度、位移等运动量之间的关系解决现实世界中的问题力学理论和方法广泛应用于工程、航天等领域，可以帮助我们解决各种实际问题建立物理定律和模型通过实验观察和数学分析,力学建立了一套描述物体运动规律的理论体系力学的研究内容运动学动力学静力学流体力学研究物体的位置、速度和加速研究引起运动的原因,如力、研究物体的平衡状态,分析作研究流体液体和气体的运动度等几何性质,不涉及引起运质量和能量等物理量之间的关用于物体上的力的平衡条件规律及其与外界力的相互作用动的原因系力学的分类理论力学应用力学12研究物体运动和力的作用规律,将力学理论应用于工程实践,如包括质点力学、刚体力学、连机械、建筑、航空航天等领域续介质力学等统计力学量子力学34研究大量微观粒子的集体行为,研究微观粒子运动的量子效应,适用于气体、量子等领域是现代物理的基础之一力学的发展历程古典力学1涵盖了牛顿力学、刚体动力学等内容相对论力学2对高速运动下的质点和物体进行研究量子力学3从量子层面描述微观粒子的运动规律现代力学4包括流体力学、材料力学等新兴分支力学作为一门基础学科,在漫长的历史中不断发展与完善从牛顿经典力学到相对论力学,再到量子力学的兴起,力学的研究范围越来越广泛,对人类认识宇宙、探索未知做出了重大贡献现代力学还涉及流体、材料等新兴领域,必将帮助我们更好地解决各种工程实际问题质点运动学探讨描述质点位置、速度和加速度等运动学特征的基本概念和理论方法质点概念及基本量质点定义质量位置质点是理想化的物体模型,用来描述质量质量描述了物体对外界作用产生变化的通过坐标系可以准确描述质点在空间中可忽略不计的物体或系统它通常只有能力,是质点的一个基本属性的位置位置是质点另一个重要的基本质量和位置两个基本属性属性坐标系与运动学基本量三维坐标系位移向量速度向量三维直角坐标系由三个相互垂直的坐标轴组位移向量表示物体从初始位置到终止位置的速度向量表示物体在单位时间内的位置变化成,用于描述物体在三维空间中的位置和运变化量,是描述物体运动的基本量之一量,描述物体运动的速度和方向动平直运动的运动学描述位移1物体在直线上移动的距离速度2物体在单位时间内的位移加速度3物体速度随时间的变化率运动方程4描述位移、速度和加速度之间关系的数学方程平直运动的运动学描述主要包括位移、速度和加速度三个基本量通过建立运动方程可以描述这些量之间的关系,为分析平面物体的运动轨迹和规律提供理论依据曲线运动的运动学描述速度描述曲线运动的速度可用矢量表示,包含速度大小和方向两个要素速度矢量总是沿切线方向加速度描述曲线运动的加速度也可分解为沿径向和切向的矢量分量总加速度则是两者的矢量和位移描述曲线运动的位移可用弧长来描述,即沿曲线路径的长度同时还需考虑运动方向相对运动的描述参考系与相对运动1描述相对运动需要先确立参考系只有在固定的参考系中,才能准确定义物体的位置、速度和加速度等运动学量速度与加速度的相对性2物体的运动状态完全取决于参考系的选择同一个物体在不同参考系中可能表现出不同的速度和加速度经典相对性原理3物理定律在任意惯性参考系中都成立,没有绝对静止的参考系这是牛顿力学的基础质点动力学探讨如何描述质点的运动及其影响因素,包括力的概念、牛顿运动定律等基本原理力的概念及分类力的概念力的分类力是导致物体运动改变的原因,描力可分为接触力和作用力接触述物体间相互作用的量它是一力是物体表面直接接触时产生的个向量量,既有大小又有方向力,如摩擦力;作用力是通过场传递的力,如重力、弹力等常见力的种类常见的力包括重力、弹力、摩擦力、拉力、推力、支持力等,在研究物体运动和平衡时需仔细分析各种力的作用牛顿三定律惯性定律加速度定律作用力-反作用力定律物体除非受到外力作用,否则保持静止或匀物体所受到的合力与物体的加速度成正比,任何一个物体施加在另一个物体上的力,都速直线运动状态这说明了物体的惯性性质方向相同这说明了外力对物体运动的作用会遭到被施力物体的等大反作用力这说明了力的相互作用惯性系和惯性力惯性系惯性力12惯性系是相对于它的点保持其物体在非惯性系中运动时,会产初速度和方向不变的参考系生惯性力惯性力时一种虚拟在惯性系内,物体的运动遵循牛的力,不是物体间的相互作用力顿定律识别惯性系3通过观察物体的运动可以判断某参考系是否为惯性系如果物体匀速直线运动,则该系可视为惯性系质点平衡条件静止平衡动态平衡几何条件应用示例当质点受到的合外力为零时,当质点以匀速直线运动时,也质点平衡的几何条件是力的矢如悬垂物体、缓慢提升的货物质点处于静止平衡状态这意满足平衡条件此时，合外力量和等于零力的大小、方向等,都需要满足质点平衡条件味着作用在质点上的所有力彼为零,但质点具有恒定的速度和作用点都必须满足这一条件才能保持稳定此平衡,没有产生加速度和方向功和能能量的概念能量是物体具有的一种属性,描述了物体能够做功的能力功的概念当一个物体受到力的作用时,如果物体发生位移,则该力做了功能量守恒定律能量既可以转化也可以转移,但总量保持不变这就是能量守恒定律功率和能量守恒功率定义能量守恒功率是物体做功的快慢程度,即单能量是不会凭空消失或产生的,而位时间内做功的量公式是功是相互转换的无论一个物理过率=功/时间程如何进行,总能量是恒定不变的能量转换能量可以相互转换,如位能转化为动能,热能转化为电能但总能量是守恒的,不会消失刚体动力学探讨刚体的平面运动以及在运动过程中力和力矩的作用刚体概念及平面运动描述刚体概念刚体平面运动位置描述刚体是指在外力作用下不会发生变形的物体刚体的平面运动包括平移和旋转两种基本形刚体的位置可用一个参考点和刚体内某一点它是一种理想化的模型,用于描述在力学式平面运动中,刚体内各点的运动轨迹都的位置矢量来唯一确定旋转运动则需要加问题中不可忽视变形的物体在同一平面内进行上刚体绕某轴的角度刚体平衡条件合外力平衡合力矩平衡12刚体处于平衡状态时,所有施加刚体处于平衡状态时,所有施加在刚体上的外力的合力必须为在刚体上的外力的合力矩必须零为零静摩擦力动摩擦力34当外力小于静摩擦力的最大值当外力大于静摩擦力的最大值时,刚体保持静止状态时,刚体将开始运动,此时动摩擦力开始起作用刚体转动动力学定轴转动刚体绕一固定轴转动时的动力学规律转动惯量描述刚体转动惯性的重要参数，决定了转动惯劳角加速度刚体受力后的角加速度变化情况，推动转动运动动量和力矩动量力矩动量定理力矩定理动量是质点运动状态的一个基力矩是作用在物体上的力产生动量定理表明,合外力对物体力矩定理表明,合外力矩对物本物理量,表示质点在单位时的转动作用的大小力矩的大的动量变化率等于这个合外力体的角动量变化率等于这个合间内运动所产生的机械能的变小取决于力的大小和作用点与的大小它是牛顿第二定律的外力矩的大小它是描述刚体化量动量的大小取决于质点转动轴之间的距离另一个表述形式转动运动的基本定律的质量和速度碰撞问题动量守恒定律弹性碰撞非弹性碰撞碰撞过程中，两个物体的动量和在碰撞前后在弹性碰撞中，两物体相互作用过程中不会在非弹性碰撞中，两物体相互作用时会损失总是保持不变这是动量守恒定律的体现损失任何动能，动量和机械能完全保持不变一部分动能，动量虽然守恒但机械能会降低。