理论力学讲义

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理论力学第1章讲义

理论力学第1章讲义

两力所在的平面称为力偶的作用面
两力间的距离称为力偶的力偶臂。
2. 力偶矩 力偶的性质: (1) 主矢恒为零 (2) 力偶对其作用面上任意一点的主矩为
M O Fd
9
证明:
设力偶 ( F , F )作用面内任一确定点 O 至 F 的距离为 x,
工 程 力 学 第 1 章 静 力 学 的 基 本 概 念
作用于刚体上同一平面内的两个 F3 力偶等效的充分必要条件为: 两力偶的力偶矩相等。
证明: M O (F2 ) M O (F ) M O (F3 ) M O (F2) M O (F ) M O (F3) M O (F2 ,F2) M O (F ,F )
3. 平面力偶等效定理
工 程 力 学 第 1 章 静 力 学 的 基 本 概 念
版权所有 钟艳玲 张强
由此导出力偶的另外两个重要性质: (1) 力偶不可能与一个力相平衡。 (2) 力偶二力不可能和任何一个力等效, 即力偶无合力。

注意区分 “无合力” 和 “合力为零”
(1) 力系无合力:没有一个力与该力系等效。
F1
B
F
F2
F F2
( F3 ,F3) 为平衡力 静 力 ( F ,F ) 为一力偶 学 的 基 充分性 if M O ( F2 ,F2) M O ( F1 ,F1) M O ( F ,F ) M O ( F1 ,F1) 本 F F1 ,F F1 概 念 (F ,F ), (F1 ,F1) 等效 版权所有 (F2 ,F2), (F1 ,F1) 等效 钟艳玲 张强
第一篇
工 程 力 学 第 1 章 静 力 学 的 基 本 概 念

理论力学讲义

理论力学讲义

第一篇理论力学理论力学,它是研究物体机械运动一般规律的一门科学;理论性较强,且在工程技术领域中有着广泛应用的技术基础课,是近代工程技术的重要理论基础之一;为大家的后继课程,材料力学、机械原理、机械设计等等提供必要的基础知识。

一、基本概念1.机械运动:指物体在空间的位置随时间的变化;2.物体的平衡:指物体相对于地面静止或作匀速直线运动;注:我们这里说的位置是相对的量,需要借助参考系对位置进行具体描述。

二、理论力学的主要内容:1.静力学:研究力系的简化与物体在力系作用下的平衡规律;2.运动学:从几何学的角度来研究物体的运动规律;3.动力学:研究作用于物体上的力与物体运动变化的关系;4.研究对象:刚体,指任何情况下都不发生变形的物体,也就是说,一个物体受力后,其内部任意两点的距离保持不变,其尺寸又不可忽略的物体,即不考虑受力时的变形;质点:同刚体相类似,不考虑变形,且其大小尺寸也可忽略不计的受力体。

第一章静力学基础静力学是研究物体在力系作用下平衡规律的科学,其主要内容之一就是建立力系的平衡条件,并借此对物体进行受力分析。

一、概念:1.力系:指作用于同一物体上的一组力;2.物体的平衡状态:指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动;3.平衡力系:物体处于平衡状态时,作用于该物体上的力系;4.力系的简化:它是静力学建立力系平衡条件的主要方法,指用简单的力系代替复杂的力系,这种代替必须在两力系对物体的作用效应完全相同的条件下进行;5.等效力系:对同一物体作用效应相同的两力系;6.合力:一个力与一个力系等效,则此力为该力的合力。

二、静力学研究的主要问题1. 力系的简化;2. 建立物体在各种力系作用下的平衡条件。

第一节 力的概念一、力的概念1. 力是相互的;力是物体间的相互作用,这种作用将引起物体机械运动状态发生变化;2. 力作用于物体的两种效果:力的外效应:使机械运动状态发生变化(静力学)力的内效应:使物体产生变形(材料力学)3. 力的三要素:力的大小、方向和作用点(线)4. 力的单位:牛顿(牛):N ;千牛顿:kN5. 力的矢量表示:FA B −−→ :力是矢量:既有大小,又有方向的物理量。

理论力学完整讲义

理论力学完整讲义

理论力学一 静力学(平衡问题)01力的投影与分力 02约束与约束力 03二力构件04平面汇交力系的简化 05力矩与力偶理论06平面一般力系的简化:主矢和主矩 07平面一般力系的平衡方程 08零杆的简易判断方法 09刚体系统的平衡问题 10考虑摩擦时的平衡问题01力的投影与分力 基本概念:刚体:在力的作用下大小和形状都不变的物体。

平衡:物体相对于惯性参考系保持静止或均速直线运动的状态 力的三要素:力的大小、方向、作用点。

集中力:力在物体上的作用面积很小,可以看做是一个作用点,单位:N 。

分布力:小车的重力均匀分布在桥梁上面,这种力称为分布力(也称为均布荷载),常用q 表示,单位N/m ,若均布荷载q 作用的桥梁的长度是L ,则均布荷载q 的合力就等于q ×L ,合力的作用点就在桥梁的中点位置。

力的投影和分力 1)在直角坐标系: 投影(标量):cos x F F α= cos y F F β=分力(矢量)cos x F F i α=u u r r cos y F F j β=u u r r2)在斜坐标系: 投影(标量):cos x F F α= cos()y F F ϕα=-分力(矢量)(cos sin cot )x F F F i ααϕ=-u u r rsin sin y F F j αβ=u u r r02约束与约束力约束:对于研究对象起限制作用的其他物体。

约束力方向:总是与约束所能阻止物体运动的方向相反,作用在物体和约束的接触点处。

约束力大小:通常未知,需要根据平衡条件和主动力求解。

(1)柔索约束:柔索约束:由绳索、皮带、链条等各种柔性物体所形成的约束,称为柔索约束。

特点:只能承受拉力,不能承受压力。

约束力:作用点位接触点,作用线沿拉直方向,背向约束物体。

(2)光滑面约束光滑面约束:由光滑面所形成的约束称为光滑面约束。

约束性质:只能限制物体沿接触面公法线趋向接触面的位移。

特点:只能受压不能受拉,约束力F 沿接触面公法线指向物体。

理论力学讲义

理论力学讲义

绪论一、理论力学研究的对象和内容理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。

但是,什么是机械运动呢?所谓机械运动就是物体空间位置随时间的变化。

(热运动,电磁运动,化学反应,生命过程等不属于机械运动)理论力学包括以下三个主要部分:1 静力学:研究物体平衡时所应满足的条件。

物体受力的分析方法及力系的简化等。

2 运动学:只以几何角度来研究物体的运动而不考虑引起运动的原因。

3 动力学:研究物体运动与作用力之间的关系。

理论力学属于古典力学范畴。

它以伽里略和牛顿的基本定律为基础,研究速度远小于光速的客观物体机械运动。

现在工程实际中的大量物体都可以由古典力学来很好的解决。

二.学习理论力学的目的1 工程专业一般都要接触机械运动问题。

有些问题就要用理论力学知识来解决。

2 理论力学是一些工程专业课的基础。

如:材料力学,机械原理,机械零件结构力学,弹性力学,塑性力学,流体力学,飞行力学,振动力学,断裂力学,生物力学,以及许多专业课。

3 理论力学研究方法与许多学科的研究方法有不少相同之处。

因此,掌握这些方法对其它课程的学习有很多好处。

4在自然界,体育运动,日常生活中有许多问题可用理论力学知识解释,解决。

静力学静力学是研究物体在力系作用下平衡条件的科学。

力系是指作用在物体上的一群力。

平衡是指物体相对于地面静止或作匀速直线运动。

在静力学中主要研究以下三个问题:1. 物体的受力分析:分析物体的受力个数.每个力的大小.方向和作用线的位置。

2. 力系的等效替换:将作用在物体上的一个力系用另一个与它等效的力系来替换这两个力系互为等效力系,如用一个简单力系等效替换一个复杂力系,称为力系的简化。

3. 建立各种力系的平衡条件:研究物体平衡时,作用在其上的各种力系所需满足的条件。

满足平衡条件得力系称为平衡力系。

第一章静力学公理和物体的受力分析§1-1静力学公理一静力学基本概念1 刚体所谓刚体是这样的物体,在力的作用下其内部任意两点之间的距离始终保持不变。

20理论力学讲义-第二十讲

20理论力学讲义-第二十讲
2
Jz刚体对于转动的惯性 刚体对于转动的惯性 ρ称为回转半径(或惯量半径) 称为回转半径( 称为回转半径 或惯量半径)
刚体对于转轴的转动惯量与其角加速度的乘积, 刚体对于转轴的转动惯量与其角加速度的乘积,等 于作用在刚体上的所有外力对于转轴之矩的代数和
退出
J z = ∑ m i ri = m ρ z
§13-3 刚体的定轴转动微分方程
12 12
ω
r1
r2
r
ω
定轴转动:
退出
当刚体运动时, 当刚体运动时,刚体内某一直线上的所有各点始终保持 不动,这种运动称为刚体的定轴转动,简称转动, 不动,这种运动称为刚体的定轴转动,简称转动,这条 不动的直线称为转轴
§13-3 刚体的定轴转动微分方程
13 13
r r r d r M o (mv ) = M o ( F ) dt
x
P
§13-1 13-
质点的动量矩定理
r r r r r r r d r if M o ( F ) = r × F = 0 (r × mv ) = r × F r r r r r dt then M o (mv ) = r × mv = C
r
O
d
y
x
O
φ L
x
§13-1 质点的动量矩定理 13一单摆摆锤重为P,悬线长为L。 例13-1 一单摆摆锤重为 ,悬线长为 。求 此单摆在微小摆时的运动规律。 此单摆在微小摆时的运动规律。 取直角坐标系如图。 解: 取直角坐标系如图。
O
y
φ L
T mv
P 2 dϕ 动量矩 : M o (mv) = mvL = L g dt 力矩 : M o ( F ) = − PL sin ϕ g ϕ = A sin( t + α ) d P 2 dϕ L ( L ) = − PL sin ϕ dt g dt L T = 2π sin ϕ ≈ ϕ g

理论力学第1章1-讲义

理论力学第1章1-讲义
BRY 第 1 章 杆件在一般外力作用下

的内力分析
8学时
料 力
1.1 外力与杆件横截面上的内力
学 1.2 杆件变形的基本形式
B 1.3 杆件的内力方程和内力图

1.3.1 轴力的符号规定及轴力方程和轴力图
1
1.3.2 扭矩的符号规定及扭矩方程和扭矩图

1.3.3 剪力、弯矩的符号规定及剪力、弯矩方程
义 等效力系:
5
BRY 分布力(分布载荷):
连续地作用于杆件上一段长度范围内的外力(载荷),
材 料
称为分布力(载荷)。

描述分布力可用外力沿杆件轴线的分布规律来表示,如
学 图所示
B 第
q( x)
q
1

q0
杆件 在一
线分布集度:
般外 力作
作用于单位长度轴线上的载荷称为线分布集度,用 q(x)
用下 的内
杆件 1.4 直杆横截面上的内力与载荷集度的微分关系
在一 般外
1.5 弯曲时内力图的绘制
力作 用下
1.5.1 利用微分关系绘制梁的剪力图和弯矩图
的内 力分
1.5.2 利用对称性和反对称性及叠加原理作内力图

1.5.3 平面刚架的内力图

1.5.4 平面曲杆的内力
义 作业 1.1(3) 1.3(2) 1.6(2) 1.9(1)(6) 1.10(1)(6) 1.11(41)

2
BRY 横截面: 垂直于杆件长度方向的截面称为横截面。
轴线: 各横截面形心的连线称为轴线。

料 直杆: 轴线为直线的杆件称为直杆。
力 学
曲杆: 轴线为曲线的杆件称为曲杆。

理论力学讲义

理论力学讲义

绪论一、理论力学研究的对象和内容理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。

但是,什么是机械运动呢?所谓机械运动就是物体空间位置随时间的变化。

(热运动,电磁运动,化学反应,生命过程等不属于机械运动)理论力学包括以下三个主要部分:1 静力学:研究物体平衡时所应满足的条件。

物体受力的分析方法及力系的简化等。

2 运动学:只以几何角度来研究物体的运动而不考虑引起运动的原因。

3 动力学:研究物体运动与作用力之间的关系。

理论力学属于古典力学范畴。

它以伽里略和牛顿的基本定律为基础,研究速度远小于光速的客观物体机械运动。

现在工程实际中的大量物体都可以由古典力学来很好的解决。

二.学习理论力学的目的1 工程专业一般都要接触机械运动问题。

有些问题就要用理论力学知识来解决。

2 理论力学是一些工程专业课的基础。

如:材料力学,机械原理,机械零件结构力学,弹性力学,塑性力学,流体力学,飞行力学,振动力学,断裂力学,生物力学,以及许多专业课。

3 理论力学研究方法与许多学科的研究方法有不少相同之处。

因此,掌握这些方法对其它课程的学习有很多好处。

4在自然界,体育运动,日常生活中有许多问题可用理论力学知识解释,解决。

静力学静力学是研究物体在力系作用下平衡条件的科学。

力系是指作用在物体上的一群力。

平衡是指物体相对于地面静止或作匀速直线运动。

在静力学中主要研究以下三个问题:1. 物体的受力分析:分析物体的受力个数.每个力的大小.方向和作用线的位置。

2. 力系的等效替换:将作用在物体上的一个力系用另一个与它等效的力系来替换这两个力系互为等效力系,如用一个简单力系等效替换一个复杂力系,称为力系的简化。

3. 建立各种力系的平衡条件:研究物体平衡时,作用在其上的各种力系所需满足的条件。

满足平衡条件得力系称为平衡力系。

第一章静力学公理和物体的受力分析§1-1静力学公理一静力学基本概念1 刚体所谓刚体是这样的物体,在力的作用下其内部任意两点之间的距离始终保持不变。

理论力学讲义02

理论力学讲义02

[ 定理 ] 设基点 A 和任意点 P 在本征坐标系中分别表示 为 OA=γAe 和 OP=γe 其中 γA=[xA, yA, zA], γ=[x, y, z] , 则有
t = A t ℜ t
证明:利用上一推论及 OP=OA+AP 即可得证 . 证毕
[ 推论 ] 刚体的运动可以表示为基点 A 的运动 ( 平动 ) 加上 刚体绕基点 A 的定点运动


t =[1 , 2 , 3 ] ⇒ R = t e =1 e1 2 e 23 e 3
定义向量 可证明 ( 见板书 )
=1 e 1 2 e 2 3 e 3
˙ t e =× R t ℜT t ℜ
在给定基点 A 时,如果还存在 ω' ,使得 v =v A ' × R ⇒ ' −× R= 0 由于 P 是任意点,所以 R 具有任意性,上式要求 ω'=ω ,具有唯一性
P R A
˙ =× R R
证明:
v= d OP d OA , v A= dt dt
x o
得证
y y
OP =OA AP =OA R
v =v A× R
x
˙ =×u [ 推论 ] 以 ω 转动的任意恒模矢量 u 均满足欧拉公式 u
证明:在上图刚体上找一点 P ,使得 其对应矢量 R 与 u 同向即可 . 角加速度
向轴加速度
×× r = ...
(板书分析)证毕

定点运动
设刚体绕定点 O( 不要求在刚体上 ) 运动,建立本征系 Oxyz. 设刚体瞬时角速度为 ω, 任意点 P 用矢量 r(=R) 标记
z
ω
O x
r
P y

理论力学讲义04

理论力学讲义04

˙ O= M O 质点对 O 点角动量定理: L
证明:
d ˙ LO = r × p = r ˙ × p r × p ˙ dt r ˙ × p= r ˙ × m v = m r ˙ ×r ˙ =0
动量定理 ⇒ r × p ˙ =r×F
˙ O= M O ⇒L
(证毕)
[ 推论 ] 质点对 O 点角动量守恒定律 : 如果 MO=0 ,则 LO 为常量
§4.2 质点运动动力学方程(组)

自由质点的动力学方程
mr ¨ =F r , r ˙ ,t
对于自由质点,力是已知的,所以上述方程加上初始条件即可确定 质点的运动。 例题 1. 质量为 m ,电量为 q 的粒子在电场强度为 E 和磁感应强度为 B 的均匀稳定电磁场中运动,假定 E ⊥ B . 试分析粒子运动行为 . (注:此例放在牛顿力学中并不合适,电磁力不满足伽利略变换 ) 解:粒子受力为
其中 = qE / m , = qB / m z
2 2 ⇒y ¨ y =− c1
B
x ¨ = y ˙ ⇒x ˙ = y c1
y ¨ =− x ˙
齐次通解
⇒ y = c 2 cos t c3 2 − c1
非齐次特解
⇒ x = c 2 sin Oxy 面内投影不再是完整的圆,而是如图所示 问题:为什么加 y 方向电场,粒子却向 x 方向漂移 ? 答:假定 q>0. 当 E=0 时,运动轨道在 Oxy 上投影只能为右图圆轨道 . B E B B y O E x B
为了定性说明问题,我们考虑 E 非零, 但是又非常小的情况,可以想象此时轨道近乎是封的圆轨道, 粒子速度也近乎是常数。 在轨道上顶点处,电场力与洛伦茨力反向,减弱了向心力,那么轨道 曲率半径相对于 E=0 的圆轨道要增大 在轨道上顶点处,电场力与洛伦茨力同向,增强了向心力,那么轨道 曲率半径相对于 E=0 的圆轨道要减小 在轨道左右顶点处,电场力不影响向心力,那么轨道曲率半径相对 于 E=0 的圆轨道几乎不变

理论力学讲义01

理论力学讲义01

注 :v 沿轨道切线方向 求证: v t = s ˙

速率: v t =∣v t ∣
v

v t t
加速度:
v d v a = lim ≡ ≡v ˙ dt t 0 t
特点 : 指向轨道的凹侧
v v t t v t
d r 求证: a = 2 ≡ r ¨ dt
a沿速端曲线切线方向并指向v沿速端曲线运动的前方12质点运动的坐标表示11中矢量形式的定义不依赖于坐标系为了研究问题的方便我们通常取合适的坐标系来表示这些运动学量在不同坐标系中运动学量的表现形式可能非常不同但是它们对应的运动学行为是相同的轨道轨迹运动学方程
第一部分
运动学
基本公设

机械运动发生于空间和时间之中 存在绝对空间,它是三维均匀各向同性 的欧氏空间
θ
er
cos k
O'
'

y
er
eθ'
−sin k
φ P
er ' eθ'
r
r
侧视图


e r ' =sin cos i sin j
x
e ' =cos cos i sin j
俯视图
e r =sin cos i sin sin j cos k
a =− 4 2 R [ cos t 0 e sin t 0 e ]
直角坐标和极坐标结果比较
不同坐标表示下 , r,v,a 表达式不 t = 2 R cos t 0 运动 x t = R cos 2 t 2 0 同 , 但它们对描 方程 y t = R sin 2 t 2 0 t = t 0 述 P 点运动是等 v x=− 2 R sin 2 t 2 0 v =−2 R sin t 0 v v =2 R cos 2 t 2 v = 2 R cos t 价的 ; r 对应的轨 y 0 0 道、 v,a 的大小和 2 2 a x =− 4 R cos 2 t 2 0 a =− 4 R cos t 0 方向是唯一的 ! a 2 2 直角坐标 极坐标

理论力学讲义-王晓光(08.2)

理论力学讲义-王晓光(08.2)

iii
前言
浙江大学物理系理论力学课程。
iv
第 1 章 质点和质点组动力学
1.1 牛顿动力学方程
参考书: 1. 张建树等:理论力学, 科学出版社; 2. 张启仁:经典力学, 科学出版社; 3. 吴大猷: 古典动力学, 科学出版社; 牛顿(Isaac Newton,1642-1727) ,生于林肯郡。英国物理学家、天文学家 和数学家. 蒲伯:自然界和自然规律隐藏在黑暗中:上帝说,让牛顿出生吧!于是一切 都是光明。 墓碑的镌刻:...让人类欢呼曾经存在过这样一位伟大的人类之光. 牛顿:我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就 象是一个在海滨玩耍的小孩, 为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更 为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全 然没有发现。 一片闪亮的贝壳:牛顿第二定律 ˙ , t), m¨ r = F(r, r 质点的加速度和作用力成正比。
拉氏方程的导出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
哈密顿方程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 22
3 变分法 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
H-J方程的导出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 H-J方程的应用:谐振子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 相积分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 角变数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 42 相积分和角变数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

理论力学-专题知识讲座

理论力学-专题知识讲座

即:
n
mO (R )mO (Fi )
[证]
i1
由合力投影定理有:
od=ob+oc
又∵ M o (F1)2oABoAob
M o (F2 )2oAC oAoc
M o (R )2oADoAod
现mo (R ) mo (F1)mo (F2 )证1毕 8
[例] 已知:如图 F、Q、l, 求:mO (F ) 和 mo (Q )
力偶旳大小---------力偶矩 m F d
阐明:① m是代数量,有+、-; ②F、 d 都不独立,只有力偶矩 ③m旳值m=±2⊿ABC ; ④单位:N• m
+

m F d是独立量;
20
实际上,力偶矩是度量力偶对物体转动效应旳物理量。 二、力偶旳性质: 性质1:力偶既没有合力,本身又不平衡,是一种基本力学量。
合力矩 M RA d (P1 P2' )d P1d P2'd m1 m2
23
结论:
M
m1
m2
mn
n
mi
i1
平面力偶系合成成果还是一种力偶,其力偶矩为各力偶矩
旳代数和。
平面力偶系平衡旳充要条件是:全部各力偶矩旳代数和
等于零。

n
mi 0
i1
24
[例] 在一钻床上水平放置工件,在工件上同步钻四个等直径 旳孔,每个钻头旳力偶矩为 m1 m2 m3 m4 15Nm 求工件旳总切削力偶矩和A 、B端水平反力?
解:①用力对点旳矩法
mO (F )Fd Fsinl
mo (Q )Ql
②应用合力矩定理
mO (F )Fx l Fy lctg
mo (Q )Ql

理论力学教学讲义

理论力学教学讲义
解:
绳子受力图如图(b)所示
梯子左边部分受力图 如图(c)所示
梯子右边部分受力图 如图(d)所示
整体受力图如图(e)所示
提问:左右两部分梯子在A处,绳子对左右两部分梯子均有 力作用,为什么在整体受力图没有画出?
作业: 1-1 (a),(b),(d),(e),(f) 1-2(a),(c),(e),(h),(i)
解:1.画出简图
2.画出主动力
3.画出约束力
例1-2
屋架受均布 风力q(N/m),
屋架重为P ,画出屋架的受
力图.
解:1.取屋架 画出简图
2.画出主动力
3.画出约束力
例1-3
水平均质梁 AB重为P1,电动机 重为 P2 ,不计杆CD 的自重, 画出杆CD 和梁AB的受力
图.图(a)
解:
取 CD 杆,其为二力构件,简称
公理1 力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力,可以合成为一个合
力。合力的作用点也在该点,合力的大小和方向,由这 两个力为边构成的平行四边形的对角线确定,如图所示。
合力(大小与方向) FR F1 F2 (矢量的和) 亦可用力三角形求得合力矢 公理2 二力平衡条件 作用在刚体上的两个力,使刚体保持平衡的必要和充分条件是: 这两个力的大小相等,方向相反,且作用在同一直线上。
R
F cos β Ry 0.6556
F R
θ 40.99 , β 49.01
例2-3 已知:系统如图,不计杆、轮自重,忽略滑轮大小, P=20kN;
求:系统平衡时,杆AB、BC受力.
解:AB、BC杆为二力杆,
取滑轮B(或点B),画受力图.
用解析法,建图示坐标系
F ix
0

18理论力学讲义-第十八讲20041116

18理论力学讲义-第十八讲20041116
动微分方程
解(续):
二、已知力求运动 ---积分
1 vj vx ln nt 2 vj vj vx
dv m m ' g 2 x n gnv vj x m m n dt dv g2 2 2 2 x g nv n ( v ) n ( v v ) x x j x dt v n t x dv 分离变量,积分 2 x 2 ndt 0 vj v 0 v x v
8
质点的运动微分方程 2 d v d r m a F a 2 dt dt 2 d r 矢量形式的质点运动微分方程 m 2 F dt 直角坐标形式的质点运动微分方程
8
§11-3
d x m 2 Fx dt
2
d y m 2 Fy dt
2 2
2
d 2z m 2 Fz dt
退出
dv m ' 2 2 x m F g v g nv x x dt m m Vx增大,ax减小,当 Vx达到一极限速度Vj时,加速度为0 m 2 0 g nv v g x j g n
d x 2 m2 G F R mg m 'g v x dt
退出
§11-2 动力学基本定律
哥白尼(1473-1543) 开普勒(1571-1630) 德国近代著名的天文 学家、数学家、物理 学家和哲学家。
亚里士多德(前384-前322)
伽利略(1564-1642) 伟大的意大利物理学 家和天文学家,科学 革命的先驱。 托勒玫(公元90~168 阿基米德(公元前287-前212) ) “给我一个立足点,我就可以移动这个地球!”
5
动力学:研究物体的运动与作用于物体上的力之间的

课件:05理论力学讲义-第五讲(2004.09.22)

课件:05理论力学讲义-第五讲(2004.09.22)

(2)应用合力矩定理 Fn分解为圆周力Ft和径向力Fr
mo(Fn)=mo(Ft)+mo(Fr) =-(Fncosα)D/2 +0 =-75.2 Nm
§3-2 力偶及其性质
11
F2
F1
d
F2
F1 力偶:
某物体同时受到大小相等、方向相反、作用线不在同 一直线上的两个力作用的情况;
力偶作用面、力偶臂
§3-2 力偶及其性质
ΣFx=0,ΣFy=0 平衡方程
第三章 力矩与平面力偶理论
3
§3-1 力矩的概念与计算 §3-2 力偶及其性质
§3-3 平面力偶系的合成与平衡
§3-1 力矩的概念与计算
4
BF d
rA
力F对点O之矩: O 乘积Fd为量度力F使物体绕O点转动的物理量,这个量称为力F对
于O点之矩
mo (F) Fd
点O称为力矩中心,简称矩心;d称为力臂;正负号表示物体绕矩心的 转向,力矩的单位是复合单位 牛顿·米或千牛顿·米,N·m或kN·m
A
F2
F1 F2 , FR F1 F2 0, AC
所以,力偶没有合力,不能和一个力等效
§3-2 力偶及其性质
13
力偶的性质:2.力偶对于作用面内任一点之矩与矩心位 置无关,恒等于力偶矩,因此力偶对于物体的效应 用力偶矩度量。
任一点O为矩心:
mo (F, F') mo (F) mo (F') F(x d) F' x Fd O
理论力学
第五讲
上一讲 回顾
汇交力系的合成与平衡:解析法或投影法
2
1、概念
汇交力系、力多边形(几何法)、力矢的投影(解析法)
2、结论

课件:13理论力学讲义-第十三讲2004.10.27

课件:13理论力学讲义-第十三讲2004.10.27

d
dt
d d dt d
/2
d d
an
0
0
an r
a r
a a 2 an2 a
ωα
a a 2 an2 r 1 2
arctg a arctg 1 17.7
an
§8-4 绕定轴转动刚体的传动问题
14
ω1 α1

o
M1
R1v
M2
ω2α2
O
齿轮传动:

R2
设齿轮Ⅰ:节圆R1、ω1、α1,齿轮Ⅱ:节圆R2、ω2、α2 接触点无滑动,故
O
vM r sin t aM r2 cost
§8-2 刚体的定轴转动
9
定轴转动:
当刚体运动时,刚体内某一直线上的所有各 点始终保持不动,这种运动称为刚体的定轴 转动,简称转动,这条不动的直线称为转轴 转动的度量?
§8-2
10
转动的度量: φ=φ(t) 刚体的定轴转动方程
φ角位移
刚体的定轴转 动y
8 例8-1:曲柄滑块机构中,当曲柄OA在平面上绕定轴O转动时,
通过滑槽连杆中的滑块A的带动,可使连杆在水平槽中沿直线 往复滑动。若曲柄OA的半径为r,曲柄与x轴的夹角为ф=ωt, 其中ω是常数,求此连杆在任一瞬时的速度及加速度。
y
解: (1)取M点代表连杆
A
(2)取坐标系Oxy
r
ф
M
x
xM r cost
12 s r(t) v r a r an r2
a a 2 an2 (r )2 (r2 )2 r 2 4
arctg a
an
arctg 2
结论:
转动刚体内任一点的速度和加速度的 大小都与该点至转轴的距离成正比;
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理论力学讲义铜仁学院物理与电子科学系冯云光绪论一、理论力学研究对象和任务:1、研究对象;研究物体机械运动普遍遵循的基本规律并将其用严密的数学表述,使其完全可以用严格的分析方法来加以处理。

机械运动物体在空间的相对位置随时间而改变的现象。

2、任务:归纳机械运动的规律。

(借助严密的数学规律进行归纳)3、表达方式;(理论力学分为矢量力学和分析力学两大部分。

)(1)、矢量力学(牛顿力学)从物体之间的相互作用出发,借助矢量分析这一数学工具,运用形象思维方法,通过牛顿定律揭示物体受力与其运动状态之间的因果关系来确定物体的运动规律。

特点:形象直观,易于处理简单的力学问题,范围:仅能解决经典力学问题。

(在矢量力学中,涉及量多数是矢量,如力、动量、动量矩、力矩、冲量等。

力是矢量力学中最关键的量。

)(2)、分析力学:从牛顿力学的基础上发展起来的,它借助数学分析这一工具,运用抽象思维方法,研究力学体系整体位形变化。

特点“从各种运动形态通用的物理量—能量出发,它的运用远远超出经典力学范围,也适用非力学体系。

(分析力学中涉及的量多数是标量,如动能、势能、拉格朗日函数、哈密顿函数等。

动能和势能是最关键的量。

)(分析力学是由拉格朗日、哈密顿等人建立并完善起来的经典力学理论,它的理论体系和处理问题方法,完全不同于牛顿力学,它代表经典力学的进一步发展,它揭示出支配宏观机械运动的更普遍的规律,以致能用比较统一的方法处理力学体系的运动问题,它揭示出力学规律与其他物理的过渡起了重要作用,分析力学已经成为学习后继课程的必要基础。

)二、理论力学的研究内容1、运动学:从几何的观点来研究物体位置随时间的变化规律,而未研究引起这种变化的物理原因。

2、动力学:研究物体运动和物体间相互作用的联系,阐明物体运动的原因。

3、静力学:研究物体相互作用下的平衡问题。

(它可以看作动力学的一部分,质点、质点系,刚体)三、理论力学的研究方法1、理论力学的研究方法观察、实验,总结实验规律,建立物理模型,提出合理假设,数学演绎、逻辑推理,探讨规律,实验验证。

(即:从实践出发,经过抽象化、综合、归纳,建立公里,再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论,形成理论体系,然后再通过实践来证明理论的正确性。

)2、理论力学与普通物理力学的关系以及区别:(1)方法上不一样,不再从实验开始,而是将实验规律用数学表述,从理论上进行推理,运算。

(2)研究对象一样,基本规律相同,但研究更系统更深入。

(3)分析力学以达朗伯原理为基础,以能量作为基本量,建立的体系与近代物理更接近。

(理论力学与普通物理的力学不同点是:逻辑推理、数学演绎更强。

主要数学要求是:微积分和解常系数微分方程。

)四、经典力学的适用范围:(1)宏观物体;(2)低速五、理论力学的学习目的与任务:1、学习质点、质点系和刚体机械运动的一般规律,为后续课程打下坚实基础。

(对机械运动有一个全面的认识。

)2、运用严密的数学规律,对机械运动的规律进行理论推证。

3、培养辩证唯物主义的世界观,提高分析问题解决问题的能力.4、三个方面要求:(1)准确地理解基本概念:(2)熟悉基本定律与公式;(3)能在正确条件下灵活应用。

六、学习理论力学的几点注意:1、理论联系实际。

2、培养科学的逻辑思维方法。

3、注意表达式中的物理意义。

4、认真对待作业。

5、学习方法(1)作听课笔记(2)及时复习,温故而知新。

6、学习态度:认真、务实教科书周衍柏,《理论力学教程》(第三版),高等教育出版社,2009年7 参考书目[1]苏云荪,《理论力学》,高等教育出版社,1990年 [2]梁昆淼,《力学》(上),高等教育出版社,1965年 [3]梁昆淼,《力学》(下),人民教育出版社,1981年[4]许健民等,《理论力学解题分析》,江苏科学技术出版社,1981年 [5]谢宝田等,《理论力学教程习题解》,中国科学技术出版社,1991年 [6]H.戈德斯坦等,《经典力学》,科学出版社,1981年[7]阎康年,《牛顿的科学发现与科学思想》,湖南教育出版社,1989年 [8]朱照宣,《理论力学》(上),北京大学出版社,1982年 [9]朱照宣,《理论力学》(下),北京大学出版社,1982年 [10]肖士珣,《理论力学简明教程》,高等教育出版社,1983年数学准备知识—矢量分析基础: 一、矢量与矢量场 1、矢量及表示 2、标量场量场标量场 空间某一区域定义一个标量函数,其值随空间坐标的变化而变化,有时还可随时间变化。

则称该区域存在一标量场。

如温度场,电位场,高度场等矢量场 空间某一区域定义一个矢量函数,其大小和方向随空间坐标的变化而变化,有时还可随时间变化。

则称该区域存在一矢量场。

如速度场,电场、磁场等.二、矢量代数1、矢量和2.点乘(标量积、投影积)-- 对应分量相乘的和3. 叉乘(矢量积)-行列式展开332211ˆˆˆu u uA A A A ++=321321321ˆˆˆB B B A A A u u uB A =⨯ 332211ˆˆˆu u u A A A A ++=CB AC B A++=++)()(θcos AB =⋅=⋅A B B AC A B A C B A ⋅+⋅=+⋅)(u B A ˆsin θAB =⨯AB B A⨯-=⨯CA B A C B A ⨯+⨯=+⨯)(A B B A+=+4、矢量代数公式三、常用坐标系1、直角坐标系:(,,)x y z 方向单位矢量位置矢量矢量表示:2、圆柱坐标系 ( z ,,ϕρ) 方向单位矢量: 位置矢量矢量表示:3、球面坐标系 ( ϕθ,,r )方向单位矢量:位置矢量: 矢量表示: 4、坐标变换圆柱坐标系与直角坐标系间单位矢量变换关系球面坐标系与直角坐标系间单位矢量变换关系33221ˆˆˆu u uB B B B ++=:ˆˆˆ,,x y z e e e 000ˆˆˆx y z r x e y e z e =++ 000ˆˆˆx y z x ey e z e ++P(x 0,y ,z 0) y 0 F xe ye ze yz P(r 0,r 0re e ϕz e ˆˆˆ,,z e e eυϕ00ˆˆz r r ez e ρ=+ˆˆˆ()()()rz zA r e A r e A r e ϕϕρ++,ˆˆˆ,r e e e ϕθ0ˆrr r e=ˆˆˆ()()()r r A r eA r e A r e θθϕϕ++ x)()()(B A C A C B C B Α⨯⋅=⨯⋅=⨯⋅)()(C B A C B A ⋅≠⋅CB AC B A ⨯⨯≠⨯⨯)()(CB ΑΒC ΑC ΒΑ )()()(⋅-⋅=⨯⨯ˆˆˆˆˆˆˆˆcos sin sin cos x y x y z z e e e e e e ee ρϕϕϕϕϕ=+=-+=ˆˆˆˆsin cos sin sin cos ˆˆˆsin cos ˆˆˆˆcos cos cos sin sin r x y z x y x y z ee e e ee e ee e e ϕθθϕθϕθϕϕθϕθϕθ=++=-+=+-四、场论——梯度、散度和旋度 1、标量场的梯度 (1、)等值面(线)由所有场值相等的点所构成的面,即为等值面。

即若标量函数为 (,,)u u x y z =,则等值面方程为:(,,)u x y z c const == (2)、梯度的定义(3)、梯度的物理意义1)、标量场的梯度为一矢量,且是坐标位置的函数;2)、标量场的梯度表征标量场变化规律:其方向为标量场增加最快的方向,其幅度表示标量场的最大增加率。

(4)、直角、圆柱和球坐标系中梯度的表达 1)在直角坐标系中2)在柱面坐标系中:3)在球面坐标系中:2、矢量场的通量 散度 (1)、矢量线(力线)矢量线的疏密表征矢量场的大小;矢量线上每点的切向代表该处矢量场的方向; (2)、矢量场的通量若矢量场()A r 分布于空间中,在空间中存在任意曲面S ,则定义: 为矢量 )(r A沿有向曲面S 的通量。

若S 为闭合曲面物理意义:表示穿入和穿出闭合面S 的矢量通量的代数和。

讨论: 1)面元 s d定义;maxˆ(,,)l dugradu x y z e dl=⋅ˆˆˆx y z u u ugradu e e e x y z∂∂∂=++∂∂∂1ˆˆˆr z u u ugradu e e e r r zϕϕ∂∂∂=++∂∂∂11ˆˆˆsin r u u u gradu e e e r r r θϕθθϕ∂∂∂=++∂∂∂()S r d Φ=⎰⋅A S()sr d Φ=⋅⎰A S矢量场的通量u u+∆Ple MNne u2)3) 通过闭合面S 的通量的物理意义: a) 若 Φ0闭合面内有产生矢量线的正源; b) 若,0 Φ闭合面内有吸收矢量线的负源 c) 若,0=Φ闭合面无源。

(3)、矢量场的散度的定义在场)(r A空间中任意点M 处作一个闭合曲面,所围的体积为V ∆,则定义场矢量在M 点处的散度为:(4)、散度的物理意义1) 矢量场的散度代表矢量场的通量源的分布特性 2) 矢量场的散度是一个标量; 3) 矢量场的散度是空间坐标的函数4) 矢量场的散度值表征空间中通量源的密度。

讨论:在矢量场中,1)若,则该矢量场称为有源场,ρ为源密度 2)若处处成立,则该矢量场称为无源场。

( 5)、散度的计算 在直角坐标系下3、 矢量场的环流 旋度 (1)、矢量的环流的定义:在场矢量 )(r A空间中,取一有向闭合 环流的计算()cos ()sA r r dsθΦ=⎰()div ()limsv r d r v∆→⋅=∆⎰A S A ()0divA r ρ=≠()y x zF F F divF r x y z∂∂∂=++∂∂∂()()x y z x x y y z z e e e F e F e F e x y z∂∂∂=++++∂∂∂PAC负源()0divF r ρ=<(正源) ()0divF r ρ=> (无源)()0divF r =()0divA r =ˆS ∆=∆S n路径l ,则称 )(r A沿l 积分的结果称为矢量)(r A沿l 的环流。

即:讨论 1)线元矢量 l d的定义;2)3)环流意义:若矢量场环流为零,矢量场无涡漩流动;反之,则矢量场存在涡漩运动---反映矢量场漩涡源分布情况。

(2)、 环流面密度表示矢量场 A rot n 在点M 处沿 )(r A方向的漩涡源密度;(3)、 矢量场的旋度旋度是一个矢量,模值等于环量密度的最大值;方向为最大环量密度的方向。

用 A rot n表示,即:式中:n表示矢量场旋度的方向;(4)、 旋度的物理意义1)矢量的旋度为矢量,是空间坐标的函数;2)矢量在空间某点处的旋度表征矢量场在该点处的漩涡源密度; (5)、 旋度的计算 1) 在直角坐标系下:()lA r dl⎰()()cos ()llA r dl A r r dlθ=⎰⎰在场矢量()A r 空间中,围绕空间某点M 取 一面元 S ,其边界曲线为C ,面元法线方 向为,当面元面积无限缩小时,可定义、()A r在点M 处沿 n方向的环量面密度limcns A dl rot A s∆→⋅=∆⎰max0rot limcS A dlA n S ∆→⋅=∆⎰ˆˆˆx x y y z z rotF erot F e rot F e rot F =++ˆˆˆ(((y y x x z zx y z F F F F F F ee e y z z x x y∂∂∂∂∂∂=-+-+-∂∂∂∂∂∂()ˆˆˆˆˆˆ(x y z x x y y z z ee e e F e F e F x y z∂∂∂=++⨯++∂∂∂五、矢量微分算子 1、微分算子的定义微分算子∇是一个“符号”矢量 (1)、直角坐标系 符算 梯度散度旋度从以上的过程中可以清楚地看出,算子确实把对矢量函数的微分运算转变为矢量算子与矢量的代数运算。

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