《北京大学《力学》课件

《力学》课程介绍欢迎来到《力学》课程！本课程将介绍经典力学的基本概念、定律和应用力学的基本概念运动和静止力

11.

22.运动和静止是相对的，取决于力是物体之间的相互作用，可参照系改变物体的运动状态质量时间和空间

33.

44.质量是物体惯性大小的度量，时间和空间是物理学中两个基是物体所含物质多少的度量本概念，用来描述物质运动牛顿三大定律牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律物体保持静止或匀速直线运动物体的加速度与合外力成正比当两个物体相互作用时，它们状态，除非受到外力作用物，与物体的质量成反比物体之间会产生大小相等，方向相体具有惯性，抵抗运动状态改受到合外力作用时，将获得加反的力相互作用的两个物体变速度，加速度方向与合外力方之间存在着力的作用与反作用向一致力和受力分析力的概念是力学中最基本的概念之一力是物体之间的相互作用，可以改变物体的运动状态或形状力的定义1力是物体之间的相互作用力的性质2力的大小、方向、作用点力的种类3重力、弹力、摩擦力等力的合成与分解4平行四边形法则、三角形法则受力分析是力学中的重要方法，是指分析物体受到的各种力的作用受力分析需要根据实际情况，确定物体的受力情况，并将这些力进行分解、合成，从而确定物体的合力和运动状态质点运动学运动学基本概念1描述物体运动的规律，不涉及物体运动的原因位移、速度和加速度2位移是物体位置变化的矢量，速度是位移变化率，加速度是速度变化率运动方程和运动轨迹3运动方程描述物体的位置、速度和加速度随时间变化的规律，运动轨迹是物体运动的路径质点动力学牛顿第二定律1F=ma，描述力与加速度的关系动量定理2动量的变化等于冲量动量守恒定律3系统不受外力，动量守恒动能定理4合外力做的功等于动能的变化质点动力学研究的是力对质点运动的影响本章主要讨论牛顿第二定律，动量定理，动量守恒定律，动能定理，这些定律是理解力学问题的基础质点受力分析力的种类包括重力、弹力、摩擦力、压力等受力分析方法隔离法、合成法、分解法牛顿定律将受力分析与牛顿定律结合，进行运动分析质点平衡分析静止状态匀速直线运动物体处于静止状态，没有发生运物体以恒定速度沿直线运动，意动，表示所有外力相互平衡味着合力为零，即所有外力平衡平衡条件分析方法物体处于平衡状态时，其合力为通过力的分解、矢量合成、力矩零，合力矩为零的计算，判断物体是否处于平衡状态刚体运动学刚体的定义刚体是指在任何外力作用下，形状和大小都不发生变化的物体刚体的位移刚体的位移是指刚体上任意一点从初始位置到末位置的变化量，用向量表示刚体的速度刚体的速度是指刚体上任意一点在某一时刻的瞬时速度，用向量表示刚体的加速度刚体的加速度是指刚体上任意一点在某一时刻的瞬时加速度，用向量表示刚体的角速度刚体的角速度是指刚体绕某一固定轴转动的角速度，用向量表示刚体的角加速度刚体的角加速度是指刚体绕某一固定轴转动的角加速度，用向量表示刚体动力学动量矩1刚体的角动量变化率角动量定理2刚体所受外力矩之和转动惯量3刚体抵抗转动运动动能定理4刚体动能变化率刚体动力学研究刚体在受力作用下的运动规律它基于动量矩定理和动能定理，以及转动惯量的概念平面刚体受力分析受力示意图受力分析示例受力平衡力矩绘制受力示意图，明确力的方将力分解到水平和竖直方向，当物体处于静止或匀速直线运力矩是力对物体绕某一点的转向和大小，方便后续分析便于计算和分析动时，物体处于受力平衡状态动效应，是影响刚体平衡的关键因素平面刚体平衡分析静力平衡力矩平衡平衡条件当作用于刚体的合外力为零且合外力矩为零力矩是衡量力对物体转动效应的物理量，力平面刚体平衡条件包括合外力为零和合外力时，刚体处于静止状态或匀速直线运动状态矩平衡意味着刚体不会绕任何轴线发生转动矩为零，这两个条件必须同时满足才能保证刚体平衡功和能量功能量功是力在物体运动方向上的分量乘以物体能量是物体做功的能力它是一种标量，位移的量度它是能量转移的量度通常用焦耳（J）表示功是一个标量，可以用公式W=F*d*能量存在于多种形式，例如动能、势能、cosθ计算热能和光能等功率和机械效率功率机械效率影响因素功率是物体做功的快慢，单位是瓦特（W）机械效率是用来衡量机械做功效果的指标，•摩擦力表示有用功占总功的比例•机械结构•工作条件动量和冲量动量冲量物体运动的质量和速度的乘积，反映物体运动的惯性力对物体作用的时间的积分，反映力对物体运动状态的影响动量定理应用冲量等于动量的变化，说明力对物体作用的时间越长，物体动量的动量和冲量在碰撞、爆炸、火箭发射等实际问题中都有广泛应用变化越大碰撞问题碰撞类型弹性碰撞，动能守恒；非弹性碰撞，动能不守恒动量守恒定律碰撞过程中，系统的总动量守恒，不受外力的影响碰撞系数反映碰撞后物体相对速度变化，用于判断碰撞的弹性程度碰撞分析根据动量守恒和能量守恒定律，分析碰撞过程，预测碰撞结果机械振动概述机械振动是指物体在平衡位置附近进行周期性的往复运动振动在自然界和工程应用中无处不在，例如钟摆的摆动、吉他弦的振动、建筑物的摇晃等机械振动主要有以下三种类型自由振动、受迫振动和共振自由振动是指物体在不受外力作用的情况下发生的振动；受迫振动是指物体在周期性外力作用下发生的振动；共振是指当外力的频率接近物体固有频率时，振幅会急剧增大的现象简谐振动定义1简谐振动是物体在回复力作用下做的一种周期性运动，其运动轨迹为正弦或余弦曲线，振动频率和振幅保持不变特点2简谐振动具有周期性、振幅恒定、频率恒定等特点，是力学中重要的研究对象应用3简谐振动在自然界和工程技术领域中有着广泛的应用，例如钟摆、弹簧振子、声波等阻尼振动阻尼系数1阻尼系数表示阻尼力与速度的比例阻尼类型2阻尼类型包括粘性阻尼、库仑阻尼等振动衰减3阻尼振动系统随着时间推移振幅逐渐减小阻尼振动是实际生活中常见的振动现象，阻尼力会使振动系统能量逐渐减小，导致振幅衰减阻尼系数、阻尼类型、振动衰减速度是影响阻尼振动的重要因素受迫振动外部周期力系统受到周期性外力的作用，导致系统发生振动共振现象当外力的频率接近系统的固有频率时，振幅会急剧增大，这就是共振现象共振频率共振频率是指使系统振幅最大的外力频率，它与系统的固有频率密切相关实际应用共振现象在音乐、机械设备、桥梁等领域都有广泛应用，但也可能带来危害离心力和科氏力离心力科氏力

11.

22.旋转物体倾向于远离旋转中心旋转参考系中，运动物体受到，这就是离心力的惯性力，方向垂直于运动方向和旋转轴实际应用

33.离心力用于分离物质，科氏力影响地球大气环流和洋流重心和质量中心重心质量中心区别重心是物体所有质量的中心，它位于物体内质量中心是物体所有质量的中心，它始终位重心和质量中心在均匀物体中重合，但在非部或外部于物体内部均匀物体中可能不同静摩擦和动摩擦静摩擦力动摩擦力当物体处于静止状态时，它与接当物体相对接触面运动时，它与触面之间产生的摩擦力被称为静接触面之间产生的摩擦力被称为摩擦力动摩擦力摩擦力大小摩擦系数静摩擦力的大小取决于物体所受动摩擦力的大小与物体所受的压的压力和接触面的粗糙程度力和接触面的摩擦系数成正比流体静力学流体压强1流体内部的压强是由于流体自身的重量产生的帕斯卡定律2封闭容器内的静止流体，压强在各个方向都相等阿基米德原理3浸入流体中的物体受到的浮力等于它所排开流体的重力流体静力学应用4船舶浮力、潜水艇、气球等流体静力学研究的是静止流体的平衡问题它主要研究流体压强、浮力和流体静力学平衡等内容流体流动基本定律连续性方程伯努利方程12描述流体在流动过程中的质量描述流体在流动过程中的能量守恒关系守恒关系粘性力方程纳维斯托克斯方程34-描述流体流动中的内摩擦力和描述流体动量的守恒关系，是剪切应力流体力学中最重要和最复杂的方程管道流动123管道流动概述层流和湍流能量损失流体在管道中流动，应用于各种工程领管道流动可分为层流和湍流，层流是流管道流动过程中，能量损失主要来源于域，例如水管、油管和天然气管道体以平滑、有序的方式流动，而湍流则摩擦力和阻力，摩擦力来自流体与管道呈现混乱、不规则的流动壁面的接触，阻力则来自于管道的弯曲和收缩翼型绕流翼型绕流是流体力学中一个重要的研究领域它涉及流体在翼型周围的流动情况，并影响飞机的升力和阻力翼型绕流的分析可以应用于飞机设计、风力发电等领域流体阻力摩擦阻力形状阻力波浪阻力物体表面与流体之间摩擦产生物体形状对流体流动产生的阻物体在流体中运动时产生的波的阻力，与流体粘度和物体表力，与物体形状和流体速度有浪，对物体产生的阻力，与物面积有关关体速度和流体密度有关总结与展望本课程讲解了力学的基础知识，涵盖了从牛顿定律到流体力学的重要内容学习力学不仅有助于理解物理世界，更能培养逻辑思维和解决问题的能力在未来，我们将继续深入学习力学，探索更多前沿领域，例如非线性力学、计算力学等。