理论力学课件

经典理论力学课件力学的发展历程1现代力学牛顿力学，相对论力学，量子力学2经典力学伽利略、牛顿等人的贡献3古代力学阿基米德、欧几里得等人的贡献力学的基本概念质量物质的多少，反映物质惯性大小的物理量。时间物理学中最基本的物理量之一，描述事件发生的先后顺序。空间物体运动发生的场所，包含长度、宽度、高度三个维度。力物体之间的相互作用，会导致物体的运动状态发生改变。牛顿力学的三大定律惯性定律物体在不受外力作用的情况下，将保持静止状态或匀速直线运动状态。运动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。作用与反作用定律当两个物体相互作用时，它们之间的作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在不同的物体上。惯性参考系和非惯性参考系1惯性参考系在惯性参考系中，不受外力作用的物体将保持静止或匀速直线运动。2非惯性参考系在非惯性参考系中，不受外力作用的物体将发生加速运动。3区别惯性参考系不受加速度的影响，而非惯性参考系会受到加速度的影响。质点的运动学描述1位置描述质点在空间中的位置2速度描述质点位置随时间的变化率3加速度描述质点速度随时间的变化率质点的动力学描述牛顿第二定律描述了物体受力后的运动规律，即物体加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。牛顿第三定律描述了相互作用力的关系，即两个物体之间的相互作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。动量定理描述了物体动量的变化与它所受的冲量的关系，即物体动量的变化等于它所受的冲量。能量守恒定律描述了能量守恒的原理，即在一个封闭的系统中，能量的总量保持不变，能量只能从一种形式转化为另一种形式，而不会消失或凭空产生。势能和动能势能物体由于其位置或状态而具有的能量，也称为位置能。例如，举起一个重物，它就获得了势能。动能物体由于其运动而具有的能量，也称为运动能。例如，一辆高速行驶的汽车就具有较大的动能。功和功率功力在物体上所做的功等于力的大小乘以物体在力的方向上移动的距离。功率功率是指物体做功的快慢，等于功与做功时间之比。能量守恒定律系统总能量能量守恒定律阐述了在一个孤立系统中，总能量保持不变，它不会被创造或毁灭，但可以从一种形式转化为另一种形式。能量守恒例如，在机械系统中，动能和势能可以相互转换，但总机械能保持不变。动量和冲量动量一个物体动量的定义为物体的质量和速度的乘积。冲量冲量是指物体所受到的力的作用时间和力的乘积。动量守恒定律定义在一个封闭的系统中，系统的总动量保持不变。公式系统的总动量等于所有物体的动量的矢量和。应用在火箭发射、碰撞和爆炸等现象中起重要作用。平面运动的动力学描述1动量定理质点的动量变化等于它所受的冲量。2角动量定理质点绕定点的角动量变化等于它所受的力矩的冲量。3动量守恒定律在一个孤立系统中，系统的总动量保持不变。4角动量守恒定律在一个孤立系统中，系统的总角动量保持不变。刚体的平衡条件1合力为零物体所受外力的矢量和为零，即所有外力的合力为零。2合力矩为零物体所受外力的合力矩为零，即所有外力的合力矩为零。3静止或匀速直线运动处于平衡状态的物体保持静止或做匀速直线运动，即其速度和角速度均为零或保持不变。刚体的平面运动1平移所有点具有相同的加速度2旋转绕固定轴旋转3复合运动平移和旋转的组合刚体的转动运动1角速度和角加速度描述刚体转动运动快慢和变化快慢的物理量。2转动惯量反映刚体抵抗转动运动改变的能力。3转动动能刚体由于转动而具有的能量。4角动量守恒定律在不受外力矩作用下，刚体的角动量保持不变。质心和质心运动定义质心是系统中所有质量的平均位置。运动质心的运动由系统中所有质量的总动量决定。平衡质心的运动可以用于分析系统的平衡和稳定性。相对运动和相对加速度参考系描述运动需要参考系，不同参考系观察到的运动情况可能不同。相对速度相对速度是指一个物体相对于另一个物体的速度，可以由两个物体的绝对速度计算得到。相对加速度相对加速度是指一个物体相对于另一个物体的加速度，可以由两个物体的绝对加速度计算得到。非惯性系下的牛顿第二定律1惯性系在惯性系中，牛顿第二定律成立：合外力等于质量乘以加速度。2非惯性系在非惯性系中，牛顿第二定律需要修正，需要考虑惯性力。3修正后的牛顿第二定律合外力等于质量乘以加速度，加上惯性力。惯性力和离心力惯性力是物体在非惯性系中，由于惯性而产生的虚假力。离心力是物体在圆周运动中，由于惯性而产生的指向圆心外的虚假力。科氏力旋转参考系科氏力出现于旋转参考系中，是物体由于参考系旋转而产生的惯性力。方向垂直科氏力的方向垂直于物体的运动方向和旋转轴。影响显著在地球上，科氏力对大尺度运动（如气流和洋流）有显著影响。万有引力定律基本概念万有引力定律描述了宇宙中任何两个物体之间存在的引力相互作用。定律公式该定律指出，两个物体之间的引力与它们的质量乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。重力加速度和重力势能重力加速度重力加速度是由于地球引力产生的加速度，在地球表面附近，其大小约为9.8m/s²。重力势能重力势能是物体由于其在重力场中的位置而具有的能量。它与物体质量、重力加速度和高度有关。弹簧振动和简谐振动1弹簧振动弹性物体在平衡位置附近做周期性的振动2简谐振动物体在回复力与位移成正比的情况下做周期性的振动3简谐运动的特征振动周期和频率不变，振幅可以改变自由振动和迫振动自由振动系统在无外力作用下，仅受自身弹性力和阻尼力的作用而产生的振动。迫振动系统在受到周期性外力的作用下发生的振动。区别自由振动的频率由系统本身决定，而迫振动的频率由外力决定。阻尼振动能量损失由于摩擦力等因素，振动系统会逐渐损失能量。振幅衰减随着能量损失，振幅逐渐减小，振动最终会停止。阻尼系数描述阻尼大小的物理量，反映能量损失的快慢。共振现象频率匹配当外力的频率与系统的固有频率一致时，会发生共振现象。振幅增大共振会导致系统振幅大幅增加，甚至超过系统承受能力。能量积累共振会使系统不断积累外力提供的能量，导致系统振动加剧。振动的能量分析动能振动系统中的动能与速度的平方成正比。势能振动系统中的势能与位移的平方成正比。总能量振动系统的总能量是动能和势能之和，在无阻尼情况下保持守恒。经典理论力学总结经典理论力学是物理学的基础，它研究物体在力的作用下的运动规律，是理解自然现象的重要理论基础。基本概念力、质量、加速度、动量、能量等基本概念是经典力学的核心。三大定律牛顿三大定律是经典力学的基石，解释了物体运动的本质。应用广泛经典力学在工程、航天、机械、建筑