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文档简介
1,第二章质点动力学,目录,1,牛顿三定律和伽利略变换2,力学量的单位和维数3,一些常见力4,牛顿定律的运用5,非惯性参考系和虚拟力,2,牛顿在1687年发表了具有里程目标意义的自然哲学的数学原理本书。 牛顿的主要功绩是将考察物体周围所有物体群(环境)对该考察物体的作用归结为力,该物体在力的作用下以一定的规律运动。 也就是说,由此,动力学的基本任务是通过周围其他物体的作用,来回答所考察的物体是如何运动的。 牛顿以后,拉格朗日(j )。 l Lagrange和汉密尔顿(w )。 Hamilton )等人根据能量和作用量,建立了另一种方法解决动力学问题的方法,这就是分析力学。 分析力学和牛顿力学是等价的。 3,牛顿的三定律和伽利略的变换, 牛顿在自然哲学的数学原理本书中把运动规律总结成三个规律,如下述.一、一定律(惯性规律)是伽利略首先提出的,理想的实验之一:一个球沿斜面向下滚动时,其速度变大,向上滚动时,速度变小(4)说明: (1)第一法则是大量观察和实验事实的抽象和摘要;(2)第一法则定性地提出了“力”和“惯性”这两个重要概念:力是使物体静止或等速直线运动状态变化的作用(3)第一定律定义了重要的参考系习俗系,“发现伽利略和他使用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成果之一,标志着物理学的真正开始”,爱因斯坦说。 球沿着斜面的前端向下滚动的话,沿着相反侧的斜面向上滚动的话,就变成和原来一样的高度。 如果没有摩擦力的话,即使减少后面的斜面的倾斜,球也会成为相同的高度,但是这时球会滚得很远。 倾斜越小,球滚得越远。 把后面的斜面弄平,球就要永远滚下去。 5、2、牛顿第二定律,牛顿表示“运动的变化与所施加的动力成比例,在所施加的力的直线方向上发生”。 正确的表达必须是运动量的变化率与力成比例。 也就是说,如果取的质量是标准质量(取=1),则和都能测量,因此质量能完全确定。 这样,作为导出量的力f也完全确定。 由6、和惯性大小定义的质量称为惯性质量。 绝对量,有可加性。 其单位为公斤(公斤)。 公斤的基准是保存在巴黎国际计量局的铂铱圆柱。 1原子质量单位=kg,(2)第二定律适用的参考系是惯性系(3)第二定律是瞬时关系式(4)第二定律是向量式,使用时是成分式,数学表现: 7,第三定律是与力的性质相关的定律,不是动力学本身的定律。 物理学中的抽象和定义:伟大的科学理论及其形式总是从卓越的抽象和精致的定义开始,科学家把实验现象包括在未知的复杂事物中,从深入细致的思考和分析中产生。 牛顿力学逻辑严密的理论体系,是物理学理论的第一个模型,三百几十年来,对物理学、自然科学乃至人类文明产生了深刻的影响。 8,4,伽利略变换,实际上,上面讨论的两个相互等速直线运动的参考系统在时空测量问题上蕴藏着更本质的意义。 如图所示,相对地设有2个等速直线运动的参考系统,相对于k的速度为u.9,伽利略变换所包含的时空观-绝对时空观,3 .长度测定是绝对的,10,customername力学量的单位和维度,1,基本量和导出量是独立的规定单位其他量称为导出量,该单位称为导出单位。、11、三、维、应用:在基本量相同的单位制之间进行单位换算。 验证公式,检查公式的正确性。 提供用于导出几个复杂公式的线索,或者直接导出公式。 表示物理量如何从基本量(包括这些量的幂)组合的公式称为物理量的维数。 测量纲法则:可以用与测量纲相同的物理量相加、减法、等号连接。 12,一些常见的力,力,接触力:弹性力和摩擦力,非接触力(场力):万有引力,13,二,分子力和弹性力,分子力即原子之间的力。 用半经验式表示,14、3、摩擦力,物体与物体接触时,两物体沿接触面施加阻止相互相对滑动的力。 分子力是摩擦的根本原因。 静摩擦力:折动摩擦力:方向:物体的相对折动倾向的方向相反,方向:物体的相对运动的方向相反,干摩擦,15,在现在的宇宙中,存在4种基本的相互作用,所有的运动现象的原因都无法摆脱这4种基本的力,各种力在这4种基本力的不同情况下4、力的分类16、牛顿运动规律的应用,一、动力学的典型问题可以归结为两种:知道作用于物体(质点)的力,根据力学规律决定该物体的运动状况和平衡状态,第二种问题:知道物体的运动状况和平衡状态,根据力学规律探索作用于物体的各种力质点动力学问题的解决,力.二、约束:对运动物体的一定限制很重要。 能动力与制约条件无关,其变化规则是已知的,例如重力、粘性阻力等。 约束力一般是未知的,是被动力,必须通过解运动微分方程来确定。 17、约束方程:物体进行约束运动时,约束总是表现为各坐标之间的一定函数关系。 如图所示,求每个物体的加速度吗? 消去a,得到约束条件,18,例题2-1,轻绳索卷在圆柱上,绳索卷在圆柱上的张角,绳索和圆柱间的静摩擦系数,绳索处于滑动边缘时,求出绳索两端张力的关系,1,明确问题意思,确定研究对象2 .隔离物体,受力分析,画画。 3 .选择坐标系并列出分量方程(包括约束方程)。 4、解方程式,进行讨论。 三、解题顺序:19、另外,解:如图所示,选择研究对象,受力进行分析,制作坐标系xy、x方向:y方向:20、21、例题2-2的实验中,认为物体的速度小的情况下,空气阻力与物体的速度成比例,以初始速度垂直运动的物体的速度是哪个根据牛顿第二定律,运动方程是:22,分离变量再积分:23,例题2-3质量m的块放置在倾斜角一定的斜面上,块和斜面之间的静摩擦系数.如果用当前的水平外力f按压块,块不滑动,f的大小应该满足什么条件如果取图中所示的坐标,考察下降前的平衡方程式的成分式,则可以用24、的两个式子解,即f时花纹块滑动.综合以上的结果,花纹块滑动的条件为25,解:以地面为参考系,自然沿着半径为r的圆环内壁运动,整个圆环水平固定在光滑的桌子上.质点和圆环壁之间的摩擦系数和质点开始运动的速度是已知的.2.经过多长时间质点的速度是原来的一半.分析、受力,列方程式26,综合(1)、(2)式为:积分分离变量,注意初始值的条件,有:质点速度为原来的一半的情况下,27,例题2-5质量m的单块通过小孔与轻绳索的一端连接,在平滑的水平台上以角速度为半径绳子的张力和时间的关系。根据问题的意思,222卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡只要选择惯性系就能消除惯性力吗?例题2-6质量m的木块放在被划分成质量m,倾斜角被划分成h的直角的顶部,放在水平面上,所有接触面都平滑,试着求出木块m对斜面的加速度,所以31,如图所示,如果划分坐标系,木块是真正的实力(1)将参考系建设在地面上处理本题.结果.比较了木块的运动方程式. 32 .要求考虑惯性力是否是真的.在导出紧急学习系中运动规律的形式表现的过程中,有时将虚拟力和虚拟力的连体冠以惯性力,以区别于真正的力实际上,惯性力的物理结果是真的,惯性力也可以用压力计测量。 过度强调惯性力的虚拟性,在物理思想上会受到质疑。 33、1 .对于系统静止的点,惯性离心力物体不位于超过原点垂直的旋转轴平面上时,离心力必须写如下。 34 :讨论:重力与纬度的关系,惯性离心力的特征:离心力与旋转基准系统的旋转角速度有关,角速度与是否随时间变化无关离心力与物体的位置有关,不管物体是否在旋转系统中运动,根据地球的自转,地球上物体的重力是物体的真重力图为物体受到的引力p和离心力的矢量和,35,实际上根据自转效果,地球是稍微平坦的,比较正确的结果是36,但是和的角度,在上述的讨论中可以看出引力质量和惯性质量没有区别。 区别的话,惯性质量和引力质量不成比例的话,这个角度因物体的材质而异。 因此,用细线悬挂不同材料的物体时,悬架会采取不同的方向。 匈牙利物理学利用这个原理,在1908年完成了证明重力质量与惯性质量成比例的有说服力的实验。 因为地球同步卫星位于赤道上空,所以地球同步卫星在赤道上空35630km .38,2 .等速运动,相对于此,科里奥利力是指,物体相对于旋转参考系统进行相对运动时,从旋转参考系统的观察者来看,除了惯性离心力外,对物体也有惯性力作用,该力39、很明显,为了获得物体的这个加速度,必须施加物体向右的切向力。 有时,可以在圆弧区间中应用均匀的变速直线运动式。 40、无论物体在圆盘内朝哪个方向运动,都可以证明受到与运动方向垂直的科里奥利力。 一般来说,如果把圆盘作为参考系的话,质点m从盘的观察者来看,因为是沿着半径的等速直线运动,除了力以外,还有一个力作用在物体上。 这个力和真正的实力一样大,方向相反。 其大小为41、地球是等速旋转的参考系统,科里奥利力在地球上被表现。 在地面上北半球的河冲洗右岸,列车的右岸偏压大。 南半球相反。 地球上的自由落下偏压。 傅科(J.L.Foucalt )直接证明了地球的自转。 天气图高、低气压环流能长期存在,因为与相对速度成比例,所以只有物体进行相对旋转基准系统的运动时才出现。 与旋转角速度的平方成正比。 力的方向总是与相对速度垂直,相对速度的大小不变。 科里奥利力的特征:42,研究了落下偏东、赤道平面内的自由落下。 在不考虑科里奥利力的情况下,科里奥利力的方向在水平面内指东方,由此,得到沿着y方向的运动方程式43,积分上式,代入初始条件: t=0
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