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研究物体的位置、速度和加速度等几何性质,不涉及引起运动的原因。动力学研究引起运动的原因,如力、质量和能量等物理量之间的关系。静力学研究物体的平衡状态,分析作用于物体上的力的平衡条件。流体力学研究流体(液体和气体)的运动规律及其与外界力的相互作用。力学的分类1理论力学研究物体运动和力的作用规律,包括质点力学、刚体力学、连续介质力学等。2应用力学将力学理论应用于工程实践,如机械、建筑、航空航天等领域。3统计力学研究大量微观粒子的集体行为,适用于气体、量子等领域。4量子力学研究微观粒子运动的量子效应,是现代物理的基础之一。力学的发展历程1古典力学涵盖了牛顿力学、刚体动力学等内容2相对论力学对高速运动下的质点和物体进行研究3量子力学从量子层面描述微观粒子的运动规律4现代力学包括流体力学、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点是理想化的物体模型,用来描述质量可忽略不计的物体或系统。它通常只有质量和位置两个基本属性。质量质量描述了物体对外界作用产生变化的能力,是质点的一个基本属性。位置通过坐标系可以准确描述质点在空间中的位置。位置是质点另一个重要的基本属性。坐标系与运动学基本量三维坐标系三维直角坐标系由三个相互垂直的坐标轴组成,用于描述物体在三维空间中的位置和运动。位移向量位移向量表示物体从初始位置到终止位置的变化量,是描述物体运动的基本量之一。速度向量速度向量表示物体在单位时间内的位置变化量,描述物体运动的速度和方向。平直运动的运动学描述1位移物体在直线上移动的距离。2速度物体在单位时间内的位移。3加速度物体速度随时间的变化率。4运动方程描述位移、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1参考系与相对运动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。2速度与加速度的相对性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。3经典相对性原理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是导致物体运动改变的原因,描述物体间相互作用的量。它是一个向量量,既有大小又有方向。力的分类力可分为接触力和作用力。接触力是物体表面直接接触时产生的力,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物体除非受到外力作用,否则保持静止或匀速直线运动状态。这说明了物体的惯性性质。加速度定律物体所受到的合力与物体的加速度成正比,方向相同。这说明了外力对物体运动的作用。作用力-反作用力定律任何一个物体施加在另一个物体上的力,都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1惯性系惯性系是相对于它的点保持其初速度和方向不变的参考系。在惯性系内,物体的运动遵循牛顿定律。2惯性力物体在非惯性系中运动时,会产生惯性力。惯性力时一种虚拟的力,不是物体间的相互作用力。3识别惯性系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当质点受到的合外力为零时,质点处于静止平衡状态。这意味着作用在质点上的所有力彼此平衡,没有产生加速度。动态平衡当质点以匀速直线运动时,也满足平衡条件。此时，合外力为零,但质点具有恒定的速度和方向。几何条件质点平衡的几何条件是力的矢量和等于零。力的大小、方向和作用点都必须满足这一条件。应用示例如悬垂物体、缓慢提升的货物等,都需要满足质点平衡条件才能保持稳定。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功率是物体做功的快慢程度,即单位时间内做功的量。公式是：功率=功/时间。能量守恒能量是不会凭空消失或产生的,而是相互转换的。无论一个物理过程如何进行,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是指在外力作用下不会发生变形的物体。它是一种理想化的模型,用于描述在力学问题中不可忽视变形的物体。刚体平面运动刚体的平面运动包括平移和旋转两种基本形式。平面运动中,刚体内各点的运动轨迹都在同一平面内进行。位置描述刚体的位置可用一个参考点和刚体内某一点的位置矢量来唯一确定。旋转运动则需要加上刚体绕某轴的角度。刚体平衡条件1合外力平衡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零。2合力矩平衡刚体处于平衡状态时,所有施加在刚体上的外力的合力矩必须为零。3静摩擦力当外力小于静摩擦力的最大值时,刚体保持静止状态。4动摩擦力当外力大于静摩擦力的最大值时,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。动量和力矩动量动量是质点运动状态的一个基本物理量,表示质点在单位时间内运动所产生的机械能的变化量。动量的大小取决于质点的质量和速度。力矩力矩是作用在物体上的力产生的转动作用的大小。力矩的大小取决于力的大小和作用点与转动轴之间的距离。动量定理动量定理表明,合外力对物体的动量变化率等于这个合外力的大小。它是牛顿第二定律的另一个表述形式。力矩定理力矩定理表明,合外力矩对物体的角动量变化率