《力学竞赛动力学》课件

《力学竞赛动力学》课程概述运动学和动力学的区别运动学描述物体的运动，不考虑导致运动的原因动力学研究物体运动的原因，即力对物体运动的影响位置、速度和加速度的概念位置物体在空间中的位置，通常用坐标系表示。比如，一个物体在x轴上的位置可以表示为(x,0,0)。速度物体位置的变化率，表示物体运动的方向和快慢。速度是一个矢量，有大小和方向。加速度物体速度的变化率，表示物体运动速度变化的快慢和方向。加速度也是一个矢量。匀速直线运动1定义物体沿直线方向以不变的速度运动，称为匀速直线运动。2速度匀速直线运动的速度大小和方向都不变。3位移匀速直线运动的位移等于速度乘以时间。匀加速直线运动1速度变化速度随时间线性增加2加速度恒定加速度方向不变，大小保持一致3运动轨迹物体沿直线运动，速度不断增大曲线运动轨迹物体运动的路径，是连续的曲线。速度速度的大小和方向都发生变化。加速度加速度方向不与速度方向一致。牛顿运动定律1惯性定律物体保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外力的作用.2加速度定律物体的加速度与合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同.3作用力与反作用力定律当一个物体对另一个物体施加力的同时，另一个物体也会对第一个物体施加一个大小相等、方向相反的力.动量与动量定理动量的定义物体的动量等于物体的质量乘以物体的速度。动量定理物体动量的变化量等于物体所受的合外力的冲量。冲量冲量是指物体所受合外力的作用时间和合外力的乘积。动量守恒定律封闭系统在没有外力的情况下，系统的总动量保持不变。碰撞与爆炸系统内部相互作用，但总动量保持不变。能量与能量定理能量物体做功的能力，是标量，单位是焦耳(J)。能量定理一个物体所做的功等于其动能的变化量。公式W=ΔEk=1/2mv22-1/2mv12势能和动能1势能物体由于其位置或状态而具有的能量，例如重力势能、弹性势能等。2动能物体由于其运动而具有的能量，与物体的质量和速度平方成正比。3能量守恒在没有外力做功的情况下，物体的总能量保持不变，势能和动能可以相互转化。功和功率功力作用在物体上，使物体在力的方向上移动一段距离，力做的功等于力的大小和物体在力的方向上移动的距离的乘积。功率功率是单位时间内所做的功，表示物体做功快慢的物理量。单位功的单位是焦耳（J），功率的单位是瓦特（W）。机械能守恒定律单摆运动在理想情况下，单摆的机械能守恒。过山车过山车在运行过程中，机械能守恒。自由落体自由落体过程中，物体的机械能守恒。力矩和角动量定理力矩力矩是力对物体产生转动作用的度量，由力的大小、力臂的长度和力与力臂之间的夹角决定。角动量角动量是物体绕某一点或轴线转动时的惯性，由物体的质量、转动惯量和角速度决定。角动量定理角动量定理指出，物体受到外力矩的作用，其角动量变化率等于外力矩的大小。刚体转动运动1角速度描述物体转动快慢2角加速度描述角速度变化快慢3转动惯量描述物体抵抗转动4转动动能描述物体转动能量相对运动参考系描述物体运动时所选取的参照物称为参考系。相对速度一个物体相对于另一个物体的运动速度称为相对速度。相对加速度一个物体相对于另一个物体的加速度变化率称为相对加速度。非惯性系的动力学分析1惯性系与非惯性系惯性系是指相对于静止或匀速直线运动的参考系，非惯性系则指相对于惯性系做加速运动的参考系。2惯性力的引入在非惯性系中，物体除了受到真实作用力之外，还会受到一个由参考系运动引起的额外力，称为惯性力。3非惯性系动力学分析非惯性系中的物体运动分析需要考虑真实作用力和惯性力，并运用牛顿运动定律进行分析。单摆问题分析定义单摆是一个理想化的物理模型，由一个质量集中在一点的质点和一根质量可以忽略不计的轻质细线组成。运动规律单摆在重力作用下，会发生周期性的往复运动，其运动规律可以用简单的数学公式描述。应用单摆问题在物理学中有着广泛的应用，例如，可以用来测量重力加速度。双摆问题分析1运动方程两个摆球的运动方程2能量守恒系统机械能守恒3混沌现象对初始条件敏感双摆问题在力学竞赛中是一个常见的难题。它涉及到两个摆球的运动，以及它们之间的相互作用。双摆的运动非常复杂，并能展现出混沌现象，对初始条件非常敏感。抛体运动分析1初速度抛射体的初始速度是影响其运动轨迹的关键因素。2重力加速度地球引力是导致抛体运动轨迹为抛物线的唯一原因。3空气阻力空气阻力会影响抛体的速度和运动方向，在实际应用中需要考虑。动量法解弹体运动问题1动量守恒定律系统动量守恒，可用于分析碰撞和爆炸等过程2动量定理物体动量变化量等于冲量，用于分析力与时间的关系3动量分析选择合适的参考系，分析系统动量变化，并应用动量守恒定律动量法是解决弹体运动问题的常用方法之一，它利用动量守恒定律和动量定理来分析弹体运动过程。动量法可以应用于各种弹体运动问题，例如碰撞、爆炸、弹簧振动等。在使用动量法时，要选择合适的参考系，并分析系统的动量变化，最后应用动量守恒定律或动量定理来求解问题。能量法解弹体运动问题能量守恒弹体运动过程中，机械能守恒，即动能和势能之和保持不变。能量转化弹体运动过程中，动能和势能相互转化，但总能量保持不变。应用利用能量守恒定律，可以求解弹体运动过程中速度、高度等物理量。简单机械分析杠杆杠杆是一种常见的简单机械，它可以放大力量或改变力的方向。杠杆由一个支点、一个施力点和一个阻力点组成。轮轴轮轴由一个轮子和一个轴组成，它们被固定在一起并绕着一个共同的轴心旋转。轮轴可以用来放大力量或改变力的方向。滑轮滑轮是一种简单的机械，它可以用来改变力的方向或放大力量。滑轮由一个轮子和一个绳索组成，轮子绕着一个轴心旋转，绳索绕着轮子旋转。斜面斜面是一种简单的机械，它可以用来将物体从一个高度移动到另一个高度，而不需要直接抬升物体。斜面由一个倾斜的表面组成。杠杆原理及应用杠杆原理力臂和力矩的相互关系开瓶器利用杠杆原理轻松开启瓶盖扳手增大力量，拧紧螺丝轮轴及滑轮应用轮轴是常见的简单机械之一，广泛用于各种机械设备。滑轮同样是常用的简单机械，可以改变力的方向，提高机械效率。通过轮轴和滑轮的组合，可以实现各种不同的机械功能，例如提升重物、传递动力等。斜面和斜滑架分析1斜面斜面是一种常见的简单机械，可以用来改变力的方向和大小。2斜滑架斜滑架是一种用于提升物体的简单机械，它利用斜面的原理，将重力转化为推动物体向上运动的力。3应用斜面和斜滑架在日常生活和工程领域中都有广泛的应用，例如：斜坡、楼梯、滑梯等。流体动力学基本概念流体压力的概念，帕斯卡定律流体粘度的概念，牛顿流体和非牛顿流体流体流动的概念，层流和湍流流体流动的动力学分析1流体运动方程描述流体运动规律的数学表达式，用于分析流体速度、压力和密度等参数的变化。2粘性力流体内部由于摩擦产生的阻力，影响流体流动速度和方向。3边界层流体与固体边界之间形成的薄层，流体在此层内速度梯度较大，粘性力显著影响流动。流体静力学分析压强流体静力学研究静止流体中的压力分布以及流体对物体产生的作用力。浮力浮力是浸没在流体中的物体所受到的向上托力，其大小等于物体所排开流体的重量。阿基米德