《大学基础物理学》农科用教材自作ppt课件-01连续体力学

大 道 致 远
晶胞(crysal unit cell)：晶 格中最小的平行六面体。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
海 纳 百 川
大 道 致 远
体心立方
金刚石
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
大 道 致 远
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
二、 应变与应力
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1. 应变（strain)
在外力作用下，固体要产生形变。固体的形 变包括拉伸压缩、剪切、扭转和弯曲四种。在四 种形变中，拉伸压缩和剪切为基本形变，扭转和 弯曲可视为前两种形变的组合。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
4. 生物材料
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生物材料大多是由各种组分组成的复合 材料，它们都有复杂的组成和性质。在生物 材料种，最基本的组分是蛋白质和多糖。 仿生物材料 ：人工制造的具有生物功能， 生物活性，或者与生物体相容的材料成为仿生 物材料。仿生物材料在生物兼容性的基础上， 从材料的制备到应用都与环境、人体有着自然 的协调性。
大 道 致
f 压强：静止流体内部应力的大小 P lim S 0 s
静止流体内一点的压强等于当面元面积趋于零时该点任意 假想面元上正压力大小与面元面积之比的极限。 单位：SI “帕” “Pa” 海 南 大 学
流体静压力垂直器壁
远
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
应力－应变图swf
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固体的形变
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
2.泊松比(Poisson ratio)
固体的形变
海 纳
横向相对形变或应变 b b0 b 1 b0 b0
l
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百 川
l0
泊松比(Poisson ratio) 1 纵向相对应变
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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lattice image of water-quenched Al72Ni20Co8 obtained by the High Angle Annular Dark Field method (HAADF)
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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第一章 连续体力学
大
（Mechanics of continuous medium)
道 致 远
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
引 言
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金属液体（Metallic liquid）
金属在一定条件下转变成的液体
量子液体（Quantum liquid）
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
二、静止流体内的压强 1. 静止流体内一点的压强
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f 应力： T lim S 0 s
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CaCO3晶体结构
雪花结晶的结构
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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高温超导体 YBaCuO 晶体的 结构
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
拉伸应变
l 拉＝E l0
致 远
剪切应变
x 剪＝G d
E 和G 分别称杨氏模量和切变模量，它们反
映了材料对形变的抵抗能力。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
三、固体的拉伸与压缩
海 纳
大
l
l0
百 川
道 致 远
b b0
低碳钢的应力－应变图
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
3.应力与应变的关系
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应力伴随应变的增大而增大，它反映了发生形变 的物体内部的紧张程度。对于一般的固体材料，若形 大 变不超过一定的限度，应力与相关的应变成正比，此 道 称胡克定律(Hooke’s law)。其可分别表达为：
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
1、晶体(crystal)
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宏观上具有规则对称的外 形，微观上分子呈有序排列 （远程有序），物理性质上 呈现各向异性是固体的主要 特征。此外，熔化时具有熔 点也是晶体的显著标志。
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
(b)多晶体(Ploycrystal):由大量晶粒组成的晶体。 如：金属、岩石等。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
趣闻：千姿百态的水结晶
连续体力学又称连续介质力学，包括固体的弹 性力学和流体力学。连续体的共同特点是其内部质 点之间可以有相对运动。从宏观上看，连续体可以 有形变或非均匀流动。处理连续体的办法是不再把 它看成一个个离散的质点，而是取“质元”，即有 质量的体积元。在连续体力学中，力不再看成是作 用在一个个离散的质点上，而看成是作用在质量元 的表面上。本章主要研究固体的弹性性质、液体的 表面性质、液体的流动性质和黏滞性质，这些性质 无疑对农业和生物学中是非常重要的。
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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听到对美充满深深祈望的 莫扎特的《第４０号交响 曲》的水，其结晶也竭尽 全力展现出一种华丽的美.
听到恶毒咒语的水结 晶显得杂乱而丑陋
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
动画：应力与应变
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
海 纳
应变是描述固体形变程度的 物理量，它是指物体在外力 作用下发生的相对形变。
拉伸应变
l0
l
大 道
百 川
l l0
x d
致 远
剪切应变
体应变
V V
x Байду номын сангаас d

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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
§1.1 固体的弹性
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(Elasticity of solid)
一、固体的结构
固体是物质存在的一种状态。与液体和气体相比 固体有比较固定的体积和形状、质地比较坚硬。固 体材料是由大量的原子（或离子）组成的，每1cm³ 体积中约有1023个原子，如此巨大数目的原子以一定 的方式排列，原子排列的方式称为固体的结构。 人们通常把固体材料分为两类： 晶体（crysta）和非晶体(amorphous)。
描述物体弹性性质的物理量 一般在0.2~0.5，小麦茎秆0.2 ~ 0.3。
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b b0
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
四、生物材料的应变-应力关系
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
2. 液体的分类
极性液体（polar liquid)
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由带极性的分子组成的液体为极性液体。水、醇类、 丙酮等都是极性液体。
大 道 致
非极性液体（Non-polar liquid）
由不带电荷或没有极性的分子构成的液体。各种单原 子惰性气体液化后形成的液体都属此类。 远
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图描绘了Be2O3晶体和 Be2O3玻璃的内部结构。 由图可以看出，两者间具有显著的不同，组成 Be2O3晶体的粒子在空间的排列具有周期性，是 长程有序的。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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大 道 致 远
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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如果外力去除后，固体的形变也随之消失， 这种形变称弹性形变(elastic deformation)；反之 则称塑性形变 （plastic deformation）.
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
2. 应力（stress）
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f n
f
S
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作用在物体内部单位面积 上的作用力称应力，应力 是内力。 应力的数学表达：
f t
f S
f df lim S 0 S dS
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
（1）宏观上具有规则对称的外形
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（a）单晶体（monocrystal）：规则外形且各向异 性的单个大晶体。如水晶、金刚石、石英等。
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水 晶
巴西蓝色黄宝石晶体
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图描绘了Be2O3晶体和 Be2O3玻璃的内部结构。 由图可以看出，两者间具有显著的不同，组成 Be2O3晶体的粒子在空间的排列具有周期性，是 长程有序的。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
2. 非晶体(amorphous)
海 纳 百 川 大
无规则对称的外形，加热熔化时也没有确 定的熔点，在微观上分子排列无序（或近程有 序），这类固体称非晶体。 非晶体有许多类型，玻璃体、弹性体和塑 性体是其中最主要的类型。生物材料大多属于 非晶体。
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
作业 练习题1-2
海 纳 百 川 大 道 致 远
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§1.2 静止液体的力学性质
一、液体的结构与分类
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
1.结构(structure)
近程有序和远程无序是液体结构的基本特征
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1-2 1.3
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
3.准晶体
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准晶体是1928年发现的，具有 凸多面体规则外形的，但不同于 晶体的固态物质，它们具有晶体 物质不具有的五重轴。
大 道 致 远
1984 年 Shechtman 等人报导了用快速冷却 方法制备的 AlMn 合金 中的电子衍射图中，发 现了具有五重对称的斑 点分布，斑点的明锐程 度不亚于晶体的情况， 提出介于晶体和非晶体 之间的新的状态 —— 称为准晶态
（2）微观上分子呈有序排列（远程有序），
海 纳 百 川
大 道 致 远
立方结构-NaCl
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面心立方结构-Cu
第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
海 纳 百 川
在晶体中，原子或离子周期性重复排列，形成晶格(crystal lattice)，或称为空间点阵(spatial lattice)。点阵中通过任一 格点所作的一簇簇直线称为晶列(crystal column)，同一平 面上的晶列构成晶面(crystal plane).
海 纳 百 川 大 道 致 远
日本泉水的结晶
布宜诺斯艾利斯 的水结晶
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第一章 连续体力学（Mechanics of continuous medium)
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听到美好祝词的 水结晶
听了贝多芬田园交响曲的水 呈现的结晶就像明快、清爽 的曲子一样美丽而工整
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