静力学问题和动力学问题
工程力学教程第二版课后习题答案
工程力学教程第二版课后习题答案工程力学是一门应用力学原理研究工程结构和材料力学性能的学科。
作为工程学的基础课程之一,工程力学的学习对于培养工程师的分析和解决实际工程问题的能力至关重要。
而工程力学教程第二版是一本经典的教材,其中的课后习题是帮助学生巩固所学知识的重要辅助材料。
本文将为读者提供工程力学教程第二版课后习题的答案,帮助读者更好地理解和掌握工程力学的知识。
第一章:静力学1. 问题:一根长度为L,截面为矩形的梁,其宽度为b,高度为h。
梁的两端分别固定在支座上,中间有一个集中力P作用在梁上。
求梁在P作用下的最大弯矩和最大剪力。
答案:根据静力学原理,我们可以通过平衡力和力矩来求解该问题。
首先,根据平衡力的原理,梁在P作用下的最大剪力等于P。
其次,根据力矩的原理,梁在P作用下的最大弯矩等于P乘以梁的长度L的一半。
因此,最大弯矩为PL/2。
第二章:动力学1. 问题:一个质量为m的物体以速度v沿着水平方向运动,突然撞击到一个质量为M的静止物体上。
求撞击后两个物体的速度。
答案:根据动量守恒定律,撞击前后两个物体的总动量保持不变。
设撞击后质量为m的物体的速度为v1,质量为M的物体的速度为v2。
由动量守恒定律可得mv = mv1 + Mv2。
另外,根据能量守恒定律,撞击前后两个物体的总动能保持不变。
设撞击前质量为m的物体的动能为1/2mv^2,撞击后质量为m的物体的动能为1/2mv1^2,质量为M的物体的动能为0(静止)。
由能量守恒定律可得1/2mv^2 = 1/2mv1^2 + 0。
综上所述,可以解得v1 = (m - M)v / (m + M),v2 = 2m / (m + M)。
第三章:应力分析1. 问题:一个长方体的尺寸为a×b×c,其材料的杨氏模量为E,泊松比为v。
求该长方体在x、y、z方向上的应力分量。
答案:根据应力分析的原理,我们可以通过应力的定义和杨氏模量、泊松比的关系来求解该问题。
刚体的静力学和动力学的联系
刚体的静力学和动力学的联系刚体是指其内部各个点之间的相对位置保持不变的物体。
当刚体处于静止状态时,我们可以通过静力学来描述其平衡情况,当刚体处于运动状态时,我们则需要运用动力学来揭示其运动规律。
静力学主要研究力对物体的作用,以及物体处于平衡状态下力的平衡条件。
动力学则研究力对物体的运动状态的影响,通过牛顿定律揭示物体在受力作用下的加速度变化。
静力学与动力学是联系紧密的,两者之间存在着辩证的关系。
静力学与动力学的联系主要表现在以下几个方面:1. 静力平衡与动力平衡的关系静力学研究的静力平衡是指物体受到的力的合力为零,物体处于平衡状态下。
动力学研究的动力平衡是指物体所受合外力等于物体的质量乘以加速度,物体处于匀速运动状态下。
在静力平衡的基础上,当物体受到外力且其受力合力为零时,物体将处于动力平衡状态。
2. 静力学与动力学的力的分析方法静力学研究的力的分析方法主要包括分解力、合成力和力的平衡条件等,用来确定物体所受力的大小和方向。
动力学的力的分析方法主要是使用牛顿第二定律,通过力的合成和分解来计算物体的加速度和速度变化。
静力学和动力学的力的分析方法在物体受力分析中是相互补充的。
3. 静力学和动力学的问题转化静力学和动力学在物体受力问题的解决中具有相互转化的关系。
有时候,我们可以利用静力学的方法解决动力学问题,例如在计算斜面上物体滑动的问题中,可以通过静力学的方法计算物体受力平衡的条件。
同样地,有时候也可以借助动力学的方法解决静力学问题,例如在计算物体在斜坡上静止不滑动的问题中,可以通过动力学的方法计算物体所受合外力的大小,从而判断物体是否处于平衡状态。
综上所述,静力学和动力学是联系紧密的,两者之间相互依存、相互补充。
静力学研究物体力的平衡条件,动力学则研究物体受到力的影响下的运动状态。
通过静力学和动力学的分析方法,我们能够更好地理解和解决物体受力与运动的问题。
这种联系和衔接为我们研究物理学问题提供了重要的理论基础和分析工具。
机械设计基础静力学和动力学分析
机械设计基础静力学和动力学分析在机械设计中,静力学和动力学是两个重要的分析方法。
静力学主要研究物体在平衡状态下的力学性质,而动力学则研究物体在运动过程中的力学变化。
本文将深入探讨机械设计基础中的静力学和动力学分析方法。
一、静力学分析静力学是机械设计中必不可少的基础知识。
它主要研究物体受力平衡时的力学性质。
在这种情况下,物体上受到的合力和合力矩都为零。
静力学分析一般包括以下几个方面:1. 牛顿第一定律:牛顿第一定律也被称为惯性定律,它指出物体在受力平衡时保持匀速直线运动或静止状态。
我们可以利用这个定律来分析物体是否处于受力平衡的状态。
2. 受力图:受力图是通过画出物体上所有受力的向量图形来分析受力平衡状态。
通过受力图,我们可以清楚地看到物体上的所有力以及它们的大小和方向。
3. 平衡条件:物体在受力平衡时,满足合力和合力矩为零的条件。
通过使用平衡条件,我们可以得到物体上各个力的大小和方向。
二、动力学分析动力学是研究物体在运动过程中的力学性质的学科。
与静力学不同,动力学分析需要考虑物体受到的外力以及物体的质量、加速度等因素。
在机械设计中,动力学分析通常包括以下几个方面:1. 牛顿第二定律:牛顿第二定律建立了力、质量和加速度之间的关系。
它表达为F=ma,其中F是物体所受合力,m是物体的质量,a是物体的加速度。
通过这个定律,我们可以计算物体所受的合力。
2. 运动学分析:在动力学分析中,我们需要分析物体的速度和位移随时间的变化关系。
通过使用运动学方程,我们可以计算物体在特定时间内的速度和位移。
3. 动量和动量守恒定律:动量是物体运动时的一个重要物理量,它等于质量乘以速度。
动量守恒定律指出,在不受外力作用的情况下,物体的总动量保持不变。
通过使用动量守恒定律,我们可以分析碰撞等情况下物体的动量变化。
结论静力学和动力学是机械设计基础中重要的分析方法。
在静力学分析中,我们通过牛顿定律和平衡条件来分析物体在受力平衡时的力学性质。
自然科学知识:动力学和静力学的区别和应用
自然科学知识:动力学和静力学的区别和应用动力学和静力学是物理学中的两个重要概念,它们在物理学和工程学中广泛应用。
本文将对动力学和静力学的定义、区别和应用进行详细阐述。
一、动力学的定义与应用动力学是研究物体在运动时的力学规律的学科。
换句话说,动力学是研究物体运动状态、速度、加速度等动力学量的规律。
动力学不仅研究物理学中常见的牛顿力学,还研究其他学科中的动力学规律,例如量子力学中的动力学、相对论中的动力学等。
动力学广泛应用于工程学中,例如机械工程、电子工程、飞行器工程等。
例如,在机械工程中,动力学可以用来研究机械装置的运动规律、速度、力等问题。
在电子工程中,动力学可以用来研究电子器件的速度和加速度,以及电子元器件的能力。
二、静力学的定义与应用静力学是研究物体在静止时的力学规律的学科。
其中的“静”指的是物体不存在运动状态。
静力学研究物体在静止时的力学平衡和稳定问题。
由于物体在静态情况下不动,静力学主要研究作用在物体上的力以及它们的平衡。
静力学在工程学中具有重要的应用,例如建筑、船舶、土木工程等领域。
在建筑工程中,静力学可以用来研究建筑结构的平衡和稳定性;在船舶工程中,静力学可以用来研究船舶的平衡和安定性;在土木工程中,静力学可以用来研究土地和建筑物的力学平衡问题。
三、动力学和静力学的区别动力学和静力学之间的区别在于它们对物体的状态进行了不同的研究。
动力学研究物体在运动时的规律,从而研究物体的动力学量,例如速度、加速度、动能、势能等。
静力学则研究物体在静止时的规律,从而研究物体的平衡和稳定性问题。
在研究方法上,动力学和静力学也有所不同。
由于动力学研究物体的动态问题,因此在大多数情况下需要考虑时间和空间中的变化。
而静力学研究物体的平衡问题,因此大部分情况下不需要考虑时间和空间中的变化。
四、动力学和静力学的应用范围和互补性动力学和静力学在物理学和工程学中应用广泛。
两者相互补充,构成了物理学和工程学中的基础。
动力学与静力学的比较分析
轨道交通系 统
优化列车行驶速 度,增强运输效
率
飞行器设计
预测飞行器飞行 轨迹,提高飞行
效率
静力学在工程中的应用
建筑物结构 设计
确保建筑物稳定 性和安全性
机械设计
优化机械结构设 计,提高工作效
率
桥梁支撑结 构分析
分析桥梁结构应 力,延长使用寿
命
工程实例分享
通过分享具体工程实 例,展示动力学与静 力学在实际工程项目 中的应用。例如,高 楼建筑结构设计中的 静力学分析可以确保 大楼稳定性,而动力 学分析则可以优化建 筑物的结构设计,实 现更高效的使用。运 动器械设计中的动力 学分析可以提高器械 的运动效率,静力学
动力学与静力学的应用
01 工程
研究机械运动、飞行器设计
02 物理
研究物体受力情况
03 航空航天
设计飞行器结构
动力学与静力学的学习意义
解决实际工程问题
培养工程师能力
通过学习动力学与静力学, 可以更好地理解物体在不 同状态下的受力情况,有 助于解决实际工程问题。
掌握动力学与静力学的知 识,有利于培养工程师的 分析问题、解决问题的能 力。
● 05
第5章 动力学与静力学在工 程中的应用
动力学在工程中的应用
动力学在工程中扮演着至关重要的角色,它涉及 机械运动分析、飞行器设计、轨道交通系统等广 泛领域。通过动力学分析,工程师可以预测物体 的运动轨迹、速度变化等情况,为工程设计提供 重要参考。
动力学在工程中的应用
机械运动分 析
通过分析物体的 运动规律,优化
● 06
第六章 总结与展望
动力学与静力学 的比较分析
在工程学中,动力学 和静力学是两个重要 的力学领域。动力学 研究物体的运动规律 和相互作用力,而静 力学则研究物体的平 衡状态和受力情况。 比较分析二者的特点 和作用有助于更好地 理解力学领域的知识。
工程力学中的静力学与动力学的应用比较
工程力学中的静力学与动力学的应用比较工程力学是一个研究力学原理在工程领域应用的学科,其中静力学和动力学是两个重要的分支。
静力学研究物体在平衡状态下的力学性质,而动力学则关注物体在运动状态下的力学行为。
本文将比较工程力学中的静力学与动力学的应用,探讨它们在不同情况下的适用性。
1. 静力学的应用静力学主要研究物体在平衡状态下的力学平衡和力的分析,广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域。
具体应用包括以下几个方面:1.1 结构分析静力学可以用于分析和设计建筑物、桥梁等结构的稳定性和强度。
通过平衡力的分析,可以计算得出结构体各点受力的大小和方向,进而判断结构的稳定性和强度是否满足设计要求。
1.2 杆件受力分析静力学可以应用于杆件的受力分析。
例如,在机械设计中,可以通过受力平衡的原理,计算得出杆件各部分受力的大小和方向,从而确定杆件是否能够承受相应的载荷。
1.3 土木工程中的土压力分析在土木工程中,静力学可以应用于分析土体的水平和垂直力的大小。
通过力的平衡,可以计算得出土壤对结构物或地下管道的土压力,从而确定结构物的稳定性和土体的受力状态。
2. 动力学的应用动力学研究物体在运动状态下的力学行为,包括运动的速度、加速度和位置等。
它涉及到物体的运动学和动力学问题,广泛应用于机械工程、航空航天等领域。
具体应用包括以下几个方面:2.1 机械系统的动力学分析在机械工程中,动力学用于分析和设计机械系统的运动行为。
例如,通过运动学和动力学的分析,可以计算出机械系统的速度、加速度和运动路径,从而帮助工程师更好地优化设计和控制机械系统。
2.2 车辆动力学分析在汽车工程领域,动力学用于研究车辆的运动特性和驾驶性能。
例如,通过分析车辆的加速度、行驶阻力和转向力等,可以计算出车辆的加速性能、制动距离和操纵稳定性等参数。
2.3 结构振动分析动力学也可以应用于结构振动的分析。
例如,在航空航天工程中,动力学可以帮助分析飞行器的结构振动响应,预测振动对结构的影响,从而改进结构设计和提高飞行器的安全性和稳定性。
静力学和动力学练习题(含答案)
静力学和动力学练习题(含答案)静力学和动力学练题 (含答案)静力学练题1. 一个质量为10kg的物体置于水平面上。
一个力F = 50N施加在物体上,使其保持静止。
求摩擦力的大小。
解答:根据静力学的条件,物体保持静止时,合力为零。
我们可以设置以下方程:ΣF = F - F_f = 0其中,ΣF为合力,F为施加在物体上的力,F_f为摩擦力。
代入已知数据,得到:50N - F_f = 0解方程得到 F_f = 50N,因此摩擦力的大小为50N。
2. 一个质量为5kg的物体沿斜面下滑,斜面的倾角为30度。
在不考虑摩擦的情况下,求物体的加速度。
解答:根据静力学的条件,物体在斜面上保持平衡时,合力沿着斜面的方向为零。
我们可以设置以下方程:ΣF = m * g * sinθ - m * g * cosθ = 0其中,ΣF为合力,m为物体的质量,g为重力加速度,θ为斜面的倾角。
代入已知数据,得到:5kg * 9.8m/s^2 * sin30° - 5kg * 9.8m/s^2 * cos30° = 0解方程得到加速度 a = 4.9m/s^2,因此物体的加速度为4.9m/s^2。
动力学练题1. 一个质量为2kg的物体以速度4m/s沿着水平方向运动。
一个恒力F = 6N施加在物体上,与运动方向垂直。
求物体在3秒后的速度。
解答:根据动力学的条件,物体在受到恒力作用时,速度的变化可以通过牛顿第二定律来计算。
我们可以使用以下公式:F = m * a其中,F为力的大小,m为物体的质量,a为物体的加速度。
根据题目已提供的数据,可以计算出物体的加速度:6N = 2kg * a解方程得到 a = 3m/s^2。
然后,我们可以使用以下公式来计算物体的速度变化:v = u + a * t其中,v为物体的最终速度,u为物体的初始速度,a为物体的加速度,t为时间间隔。
代入已知数据,计算得到:v = 4m/s + 3m/s^2 * 3s = 4m/s + 9m/s = 13m/s因此,物体在3秒后的速度为13m/s。
力学主要内容
力学主要内容
力学是物理学的一个重要分支,研究物体的运动和力的作用。
它涉及到质点、刚体和流体等物体的运动,以及力的性质和作用。
力学的主要内容可以分为静力学和动力学两个方面。
静力学是研究物体在平衡状态下的力学问题。
平衡是指物体的净力为零,即物体不发生运动。
静力学研究物体的平衡条件和平衡时的力的分析。
它包括平衡的质点、刚体和流体的静力学问题。
静力学的应用领域包括结构工程、桥梁设计和建筑物的稳定性分析等。
动力学是研究物体运动的力学问题。
它涉及到物体的速度、加速度和所受力的关系。
动力学研究物体在外力作用下的运动规律和力的效果。
它包括质点、刚体和流体的运动学和动力学问题。
动力学的应用领域包括机械工程、运动模拟和航天器的轨道设计等。
除了静力学和动力学外,力学还涉及到其他的一些重要内容。
弹性力学是研究物体在受力时的形变和恢复性质。
它包括弹性体和弹性波的研究。
流体力学是研究流体的运动和力的作用。
它包括理想流体和粘性流体的研究。
相对论力学是研究高速运动物体的力学问题。
它涉及到相对论效应和质能关系的研究。
力学在现代科学和工程领域中具有重要的应用价值。
它为我们理解物理世界和解决实际问题提供了基础。
通过力学的研究,我们可以分析和预测物体的运动和力的效果,从而设计出更安全、高效和可靠的物体和结构。
(完整版)力学的两类基本问题
(完整版)力学的两类基本问题引言力学作为物理学的一个重要分支,研究物体的运动规律和力的作用。
在力学中,存在两类基本问题,即静力学和动力学。
本文将对这两类基本问题进行详细介绍和解释。
一、静力学问题静力学是研究物体在平衡状态下的力学问题。
它研究物体之间力的平衡关系,包括弹簧的弹性、杆的受力、物体的支持力等。
在静力学中,物体处于静止或匀速直线运动状态,不涉及速度和加速度的概念。
在静力学中,我们需要研究物体所受的各种力的大小和方向,通过求解力的合成和分解问题,确定物体是否处于平衡状态。
平衡状态意味着物体所受的合力为零,这是静力学问题的基本条件。
二、动力学问题动力学是研究物体运动状态的力学问题。
它研究物体在受到力的作用下的运动规律,包括速度、加速度、位移等。
动力学问题与静力学问题不同,它考虑了物体的运动状态和力的改变。
在动力学中,我们需要分析物体所受的力和物体运动状态的关系,通过运动学方程、牛顿定律等公式,求解物体的加速度、速度和位移。
动力学问题的求解需要考虑力的合成、分解,以及物体的质量等因素。
结论力学作为一门重要的物理学科,研究了力的作用和物体的运动规律。
力学中存在两类基本问题,静力学和动力学。
静力学研究物体在平衡状态下的力学问题,而动力学研究物体在受力作用下的运动规律。
静力学问题关注力的平衡,动力学问题关注物体的运动状态和力的改变。
通过对两类基本问题的研究,我们能够更好地理解物体的运动规律和力的作用。
对于工程和物理学研究而言,正确理解和应用静力学和动力学的原理,能够提高工程设计和科学研究的准确性和可靠性。
参考资料- 高级物理学教程:第1卷、第2卷,人民教育出版社- 弹性力学导论,北京大学出版社。
动力学和静力学的比较
动力学和静力学的比较动力学和静力学是物理学中重要的分支,它们研究物体运动和力的作用。
虽然它们有共同的目标,但在理论基础、研究方法和应用领域上存在着一些显著差异。
本文将对动力学和静力学进行比较,并分析它们在实际应用中的差异。
一、理论基础的比较动力学是研究物体运动的学科,主要涉及力、质量和加速度之间的关系。
它通过牛顿力学的定律,例如牛顿第二定律 F=ma,来描述物体运动的规律。
动力学的理论基础是基于力和加速度之间的相互作用,强调物体的运动状态和动态力学。
静力学则是研究物体处于静止状态时的力学性质。
它主要关注力和物体平衡之间的关系,以及静止物体所受到的力的平衡条件。
静力学的理论基础是基于物体的平衡状态和力的相互抵消,强调物体的力学平衡和静态力学。
二、研究方法的比较动力学和静力学在研究方法上也存在差异。
动力学研究物体的运动轨迹、速度和加速度等动力学参数,通常需要使用运动学和动力学的分析方法。
运动学主要关注物体运动的轨迹和速度,而动力学则研究物体运动的原因和加速度。
动力学的研究方法包括使用牛顿定律、分析力学和动力学方程等。
静力学研究物体的力学平衡和静止状态,主要使用平衡条件和受力分析的方法。
静力学通过分析物体所受到的力和力的平衡条件,确定物体处于静止状态下的力的平衡。
在静力学中,常用的方法包括力的合成、力的分解和力矩的计算等。
三、应用领域的比较动力学和静力学在应用中具有不同的领域和用途。
动力学主要应用于研究物体的运动和运动参数,例如运动物体的速度、加速度和轨迹等。
它在机械工程、运动学和天体物理学等领域具有广泛的应用,例如分析机械系统的运动特性、预测天体的运动轨迹等。
静力学主要应用于分析物体的平衡和稳定性,例如静止物体所受的力和力的平衡条件。
它在建筑工程、结构力学和桥梁设计等领域具有重要的应用,例如分析建筑物的结构稳定性、计算桥梁的静力平衡等。
综上所述,动力学和静力学在理论基础、研究方法和应用领域上存在一些差异。
静力学与动力学的区别与联系
静力学与动力学的区别与联系静力学和动力学是物理学中两个重要的概念,它们分别研究物体在静止和运动状态下的力学特性。
静力学关注物体在静止状态下的受力和力的平衡条件,而动力学则研究物体在运动状态下的运动规律和力的作用效果。
本文将介绍静力学和动力学的区别与联系。
一、静力学静力学研究物体在静止状态下的力学问题,主要关注以下几个方面:1. 平衡条件:静力学通过分析物体所受的各个力,确定物体在静止状态下的平衡条件。
根据力的平衡条件,物体受力的合力为零,同时力的合力和力矩的合力也为零。
2. 牛顿第一定律:静力学的研究基于牛顿第一定律,即物体在静止状态下保持静止,或在匀速直线运动状态下保持匀速直线运动。
3. 力的分解:静力学中常用的方法是将力分解为水平和垂直的分力。
这样可以更好地分析力的平衡条件和力的作用效果。
二、动力学动力学研究物体在运动状态下的力学问题,重点关注以下几个方面:1. 运动规律:动力学研究物体在受力作用下的运动规律,包括直线运动、曲线运动以及旋转运动等。
通过运动学和动力学方程,可以描述物体的位移、速度和加速度等运动状态。
2. 牛顿第二定律:动力学的研究基于牛顿第二定律,即物体所受的合力等于质量乘以加速度。
根据这个定律,可以计算物体的加速度和力的作用效果。
3. 力的效果:动力学研究物体所受的力的效果,如物体受到的力越大,其运动状态的改变越明显。
力的方向和大小对物体的运动轨迹和速度都产生影响。
三、静力学和动力学在研究的对象、内容和方法上存在一些区别,但也存在一定的联系。
1. 区别:- 研究对象:静力学研究物体在静止状态下的力学问题,而动力学则研究物体在运动状态下的力学问题。
- 研究内容:静力学主要关注物体的平衡条件和力的分解,而动力学则研究物体的运动规律和力的效果。
- 方法应用:静力学常用静力平衡方程来解决问题,而动力学运用牛顿第二定律等动力学方程进行计算和分析。
2. 联系:- 牛顿定律:静力学和动力学都基于牛顿的力学定律,静力学基于牛顿第一定律,动力学基于牛顿第二定律。
物理学中的力学问题与解决方法
物理学中的力学问题与解决方法物理学中的力学问题一直是研究者们关注的焦点,因为力学是物理学的基础,深入研究力学问题有助于我们对自然界的运动规律有更深刻的理解。
本文将介绍一些常见的力学问题,并探讨解决这些问题的方法。
一、质点运动问题质点运动是力学中最基本的问题之一,指的是一个质点在空间中的运动情况。
常见的质点运动问题包括直线运动、曲线运动和抛体运动等。
1. 直线运动直线运动是质点在直线上的运动,可以分为匀速直线运动和变速直线运动两种情况。
对于匀速直线运动,质点在单位时间内,其位移的长度相等。
解决这类问题的方法主要是利用物理学中的位移-时间关系、速度-时间关系和加速度-时间关系等。
而对于变速直线运动,质点在单位时间内,其位移的长度是不相等的,此时我们需要利用物理学中的位移-时间关系和加速度-时间关系来求解问题。
2. 曲线运动曲线运动是质点在曲线轨道上的运动,如圆周运动、椭圆轨道等。
对于曲线运动问题,应用了牛顿力学的基本定律,即质点所受合外力等于质点的质量乘以加速度。
解决曲线运动问题的关键是确定质点所受合外力的大小和方向,并进行坐标系的选择和转换,采用向心力分解等方法进行求解。
3. 抛体运动抛体运动是一个在一个重力作用下,以一定初速度与一定角度从一定高度飞行的物体在空中的运动。
抛体运动问题需要掌握物理学中的平抛运动和斜抛运动等基本原理,结合运动学方程和初速度分解,通过计算抛体的水平和竖直分量的运动规律,以及求解其落地点、飞行时间等相关问题。
二、刚体静力学问题刚体静力学是研究刚体在平衡状态下所受受力以及受力条件的学科,解决刚体静力学问题需要掌握平衡力的概念和理论。
常见的刚体静力学问题包括平衡力的分析、支持反力的求解以及重力分析等。
解决刚体静力学问题的关键是建立合理的坐标系,进行受力分析,根据平衡条件和牛顿第一定律,列方程求解未知量。
三、动力学问题动力学问题是研究力对物体的运动产生的影响,揭示物体受外力时的运动规律。
结构动力学问题与静力学问题的差别
结构动力学问题与静力学问题的差别结构的动力学问题与静力学问题差别很大,主要体现在以下几个方面:1.动力学问题具有时变性。
由于荷载和结构响应都随着时间而变化,动力学问题不可能同静力学问题那样只有一个单一的解。
我们需要求解出结构整个过程中随着时间不断变化的连续解。
因此,动力学问题显然比将力学问题更加复杂、耗时。
2.动力学问题需要考虑惯性力当某结构仅受静力荷载时,结构的响应仅与荷载的大小和位置有关,但如果结构受到的是动力荷载,结构响应不仅与荷载有关,还和惯性力有关。
这惯性力是结构动力学问题中最重要的特征。
3.结构简化关于结构的简化,虽然在原则上结构的静力计算简图应和动力计算简图一致,但是由于动力学问题的复杂性,往往会基于静力计算简图进一步简化。
下面,我们以一个结构布置及荷载分布沿纵向比较均匀的单层平面框架为例,进行结构简化。
由于框架纵向分布均匀,可取其中的一个开间作为计算单元,计算简图如图1所示。
如忽略杆件的轴向变形,该结构体系有三个参数为独立未知量,即A点和B点的转角0A和缶,A点或B点的侧移X。
在任一时刻决定结构体系几何位置及变形状态的独立参数的数目为该结构体系的自由度。
因此,该结构的自由度为三。
上述的简化方法和在静力计算时的简化方法完全一致。
图1单层平面框架计算简图然而,在进行结构动力学分析时,由于需要考虑惯性力的影响以及阻尼的影响,需要求解微分方程(对于离散体系),不同于静力分析,只需求解代数方程。
为便于计算和分析,在建立结构动力计算简图时,通常会在结构静力计算简图的基础上,将分部质量集中在有限的几个点上,并忽略惯性效应相对较小的自由度。
在进行图2所示的单层平面框架的动力分析时,往往将柱的质量向柱两端集中。
为减少计算工作量,通常忽略质量的转动惯性效应,即忽略掉两个转角自由度,如图2所示。
这样,拥有三自由度的单层平面框架的动力计算简图就可简化为较为简单的单自由度体系。
图2单层平面框架动力计算简图。
机器人静力学动力学
• 质心速度
.
.
..
x2 l1 cos1 1 l2 cos(1 2 )(12 )
.
.
..
y2 l1 sin1 1 l2 sin(1 2 )(12 )
• 质心速度:
v22
.
y
2
2
.
x22
.
.
..
.
.
..
l12 12 l22 (12 21 2 22 ) 2l1l2 cos2 (12 1 2 )
JT
例题 二自由度平面关节机器人,知端点力,略摩擦、重
力,求关节力矩。 1 0 2 90 F [FX , FY ]T
解:
J
l1s1 l2 s12
l1c1
l2c12
l2 s12
l 2 c12
JT
l1s1 l2 s12 l2 s12
l1c1 l2c12
l 2 c12
1
关节虚位移
q1
q
2
q
qq43
q5
q6
虚位移原理:
W 1q1 2q2 F1 x F2 y F3 z F4
W Tq F TP
W 0
W Tq F TP Tq F T Jq ( J T F )T q 0
( J T F )T 0
JTF
雅可比转置矩阵
• 三、静力学两类问题: • 1、 正向静力学—知各关节驱动力(力矩),求手部
端点能输出的力(力矩) 。
• 2、 逆向静力学—知手部端点作用力(力矩),求关 节需施加的力(力矩)。
• 机器人通常是逆向力学问题。
• §4—2 机器人动力学
• 一、动力学两类问题: • 1、 正向动力学—知各关节驱动力(力矩),求末端
动力学与静力学的比较分析
动力学与静力学的比较分析动力学和静力学是研究物体运动的两个重要分支学科,它们在力学领域发挥着重要的作用。
动力学主要研究物体在受力作用下的运动规律,而静力学则主要研究物体在受力作用下的平衡情况。
本文将对动力学和静力学进行比较分析,探讨它们的共同点和区别。
首先,动力学和静力学在研究对象上存在差异。
动力学关注的是物体的运动状态,力的作用以及物体的加速度等。
而静力学则关注的是物体的平衡情况,研究物体在受力后是否处于静止状态以及力的分布情况等。
其次,动力学和静力学在研究方法上也有一定的差异。
在动力学研究中,通常需要建立动力学方程来描述物体受力后的运动情况,通过求解动力学方程可以得到物体的运动规律。
而静力学的研究则主要通过力的平衡条件来进行分析,例如牛顿第一定律所描述的力的合成为零的情况,从而得到物体的平衡情况。
此外,动力学和静力学的应用领域也存在差异。
动力学在研究机械系统、天体物理、流体运动等方面具有广泛的应用。
例如,在机械工程中,动力学可以用于研究机械装置的稳定性和动态响应;在天体物理中,动力学可以用于研究行星的轨道运动和天体碰撞等。
而静力学主要应用于建筑工程、力学设计等领域。
例如,在建筑物设计中,静力学可用于确定各个荷载在建筑结构中的分布情况,从而保证结构的稳定性。
另外,动力学和静力学也存在一些共同点。
首先,它们都以牛顿力学为基础,共同遵循牛顿的三大定律。
无论是动力学还是静力学,都以力的作用和力的平衡为基础,建立了稳定和可靠的力学体系。
其次,它们都是解决现实世界中力学问题的有效工具,对于我们理解和应用力学定律具有重要的意义。
为了更好地说明动力学和静力学的比较分析,以杆的静力平衡和动力学为例。
在静力学中,当一个杆处于平衡状态时,各个力的合力和合力矩都为零,从而可以通过静力学方程来求解杆的平衡条件。
而在动力学中,我们可以研究一个杆在受到外力作用下的运动规律。
例如,当一个杆在一个端点受到外力作用时,可以通过动力学方程求解出杆的弯曲状态和挠度等参数。
十四届周培源力学竞赛题解
十四届周培源力学竞赛题解摘要:一、引言二、周培源力学竞赛简介三、竞赛题目及解题思路1.题目一:静力学问题2.题目二:动力学问题3.题目三:弹性力学问题4.题目四:流体力学问题四、总结与展望正文:【引言】周培源力学竞赛是我国一项具有重要影响力的力学竞赛,旨在选拔优秀的学生,培养他们的力学素养和实际问题解决能力。
本文将针对十四届周培源力学竞赛的题目进行解答和分析,以期为广大力学爱好者提供参考。
【周培源力学竞赛简介】周培源力学竞赛自创办以来,已经成功举办了多次。
该竞赛涵盖了力学的各个领域,包括静力学、动力学、弹性力学和流体力学等。
竞赛题目注重理论联系实际,既有基本的力学知识应用,也有前沿的力学问题。
参加这个竞赛不仅能提高自己的力学水平,还能拓宽视野,了解力学的最新发展动态。
【竞赛题目及解题思路】以下是针对十四届周培源力学竞赛的四道题目的解答和分析。
【题目一:静力学问题】题目描述:一个均匀圆盘静止在水平地面上,圆盘半径为R,质量为M。
在圆盘中心有一个固定不动的垂直轴,轴的质量为m。
轴上有一个滑块,滑块的质量为m1,最大静摩擦力为fmax。
滑块可以在轴上自由滑动。
现用手施加一水平力F使圆盘逆时针旋转,求圆盘转过的角度与水平力F的关系。
解题思路:首先分析系统的受力情况,然后利用静力平衡方程求解。
【题目二:动力学问题】题目描述:一质点在一水平面上做匀加速直线运动,加速度为a。
质点先后与两个静止的相同弹簧相连,弹簧的劲度系数为k。
质点与第一个弹簧相连后,弹簧伸长量为x1;与第二个弹簧相连后,弹簧伸长量为x2。
求质点在两个弹簧串联后的运动方程。
解题思路:根据弹簧的伸长量,利用胡克定律求解弹簧的弹力,然后结合牛顿第二定律求解质点的运动方程。
【题目三:弹性力学问题】题目描述:一长为L的细杆两端固定,杆的弹性模量为E,横截面积为A。
杆的中点受到一个垂直于杆的力F作用,求杆的弯曲形变和弯矩。
解题思路:利用杆的弯曲方程和弯矩公式,结合受力分析求解。
静力学分析与动力学分析的区别
静⼒学分析与动⼒学分析的区别本⽂为静⼒学分析与动⼒学分析区别的⽂字教程,详细视频教程可扫描⽂末⼆维码获取。
很多有限元初学者都在纠结⼀个问题,就是静⼒学分析和动⼒学分析有什么区别,今天以⼀个时变载荷的例⼦,带⼤家领悟其中奥妙。
⾸先来了解⼀下⼆者的物理⽅程:静⼒学所解决的问题:Kx=F动⼒学所解决的问题:Ma+Cv+Kx=F接下来看⼀下今天的案例模型,以下图梁模型为例,左侧固定约束,右侧承受⼀个时变载荷,对其进⾏分析求解。
图1 模型了解回顾⼀下ABAQUS的有限元分析流程:图2 ABAQUS有限元分析流程▶⾸先进⾏动⼒学分析:⼀、前处理1.1 ⼏何模型的构建1)在Part模块中,通过Create Part创建3D、Deformable、wire,创建尺⼨为70m的线条并完成草图绘制,得到图1所⽰模型。
1.2 材料参数的定义1.2.1 材料本构在property模块中,创建材料,定义elastic参数,杨⽒模量为2.1e11Pa,泊松⽐为0.3;再定义Density参数,密度为7850kg/m3。
1.2.2 截⾯定义通过Create Section创建Beam,Beam截⾯,剖⾯为圆形,半径为1m。
1.2.3 截⾯指派通过Assign Section将创建好的截⾯指派给相应模型。
1.3 ⽹格系统构建1.3.1 ⽹格划分在Mesh模块中,划分⽹格。
1.3.2 单元类型单元类型保持默认。
1.3.3 装配在Assembly模块中,通过Create Instance进⾏装配,如下图(已显⽰剖⾯):图3 装配模型⼆、求解2.1 求解器的设定在Step模块中通过Create Step创建动⼒隐式分析步;步长使⽤固定步长,最⼤增量步数为10000,步长为0.0001。
2.2 连接关系的构建⽆需连接关系。
2.3 边界条件的设定2.3.1 位移边界条件在Load模块中,通过Create Boundary Condition对左侧进⾏固定。
静力学与动力学的区别与联系
静力学与动力学的区别与联系引言:静力学和动力学是物理学中两个重要而又基础的概念。
它们分别研究物体在静止和运动状态下的力学性质。
本文将详细探讨静力学和动力学的区别和联系。
一、静力学的概念及特点:静力学是研究物体在静止状态下的力学学科。
静力学关注的主要问题是物体受力平衡时的情况和性质。
它通常处理的是物体的平衡状态,即物体所受的合力为零。
在静力学中,物体保持静止或静止状态下的力学平衡,是研究的核心内容。
静力学主要研究物体所受的力、力的平衡条件以及对应的受力分析方法。
在静力学中,我们使用牛顿第一定律——力的合力为零的时候物体保持静止的平衡状态。
这一定律被称为平衡条件。
静力学主要研究静态力学平衡的问题,例如杠杆平衡、物体的受力分析等。
二、动力学的概念及特点:动力学是研究物体在运动状态下的力学学科。
与静力学不同,动力学关注的是物体在运动状态下受力的情况和性质。
动力学研究的核心是物体所受的力和运动状态之间的关系。
在动力学中,我们考虑物体所受的力、物体的质量以及力对物体运动状态的影响。
动力学研究的重点是牛顿第二定律,即物体所受合力等于质量乘以加速度。
该定律描述了物体的运动状态与施加在其上的力之间的关系。
因此,动力学常常涉及速度、加速度和运动轨迹等概念。
三、静力学与动力学的区别:1. 研究对象不同:静力学研究物体在静止状态下的力学平衡,而动力学研究物体在运动状态下的受力与运动关系。
2. 研究内容不同:静力学主要研究力的平衡条件及物体受力的分析方法,动力学则主要研究物体所受力对运动状态的影响以及运动参数的变化规律。
3. 平衡条件不同:静力学中的平衡条件是物体所受合力为零,而动力学中并无平衡条件,而是通过力和质量的关系描述物体的运动状态。
4. 牛顿定律不同:静力学主要依赖牛顿第一定律,即力的合力为零时物体保持静止。
而动力学则使用牛顿第二定律,描述了力对物体运动状态的影响。
四、静力学与动力学的联系:尽管静力学和动力学有着明显的区别,但在物理学的研究中,两者有着密切的联系。
静力学问题与动力学问题
静力学问题和动力学问题几个彼此平衡的力对物体的作用,因它们的合力等于零,物体没有加速度,所以物体处于静止或匀速直线运动平衡状态。
上节中列举过的4个例子,就是按照力的平衡条件来分析物体的受力情况的,一般咱们称为静力学问题。
高中力学所涉及的静力学问题都很简单,大家也比较习惯于解决这种问题。
可是,当物体受到几个不平衡的力的作用下,它们的合力将引发物体作变速运动;分析物体作变速运动的物体受力情况和运动情况时,必需应用动力学定律,这跟应用平衡的概念解决静力学问题有所不同,这种问题咱们叫它为动力学问题。
常常有同窗用静力学观念来对待动力学问题,结果导出了错误的结论。
譬如对如下的一个问题:图一中m 1=110g ,m 2=20g ,若是不计算摩擦力,那么,物体m 1和m 2各受哪几个力的作用?物体沿m 1沿桌面移动的加速度是多少?有的同窗这样考虑:对m 1来讲,在竖直方向上所受的重力P 和支承力N 彼此平衡;在水平方向上,若是不考虑摩擦,那末它只受到一个绳索的拉力(也即是m 2, 对它的拉力),这个拉力就等于物体m 2的重量20克,所以m 1的加速度222110.02102/0.1P m g a m s m m ⨯====。
对m 2来讲,它只受到竖直向上两个力的作用:一个是地球对它的引力,另一个是绳索对它的拉力(即m 1对它的拉力),因m 1对m 2的拉力是m 2对m 1拉力的反作使劲,所以m 1对m 2的拉力在数值上也等于。
这样,m 2所受到的两个力应该是璴平衡的力,合力为零,因此,m 2应该维持静止或匀速直线运动。
显然,这样得出的结论是不符合实际情况的,因为m 2并非是处于不稳状态,而是跟m 1一样,以一样大小的加速度作加速运动的。
图一那么问题到底出在什么地方呢?稍经思考,同窗们不难想到:既然m 2是向下作加速运动,这说明它受到的两个力—重力和绳索对它的拉力并非彼此平衡,而重力P 2必大于绳索对它的拉力,因为只有这样才能使我合力方向向下而使m 2作向下的加速运动。
力学中的动力学和静力学分析
力学中的动力学和静力学分析力学是研究物体运动和受力的学科,其中包括动力学和静力学两个重要的分支。
动力学研究物体在受到外力作用下的运动规律,而静力学则研究物体在平衡状态下的受力分析。
本文将分别探讨这两个分支的基本原理和应用。
动力学是力学中的重要分支,它研究物体在受到外力作用下的运动规律。
动力学的基本原理是牛顿三定律,即物体的运动状态受到施加在物体上的力的影响。
第一定律表明,如果物体没有受到外力的作用,它将保持静止或匀速直线运动。
第二定律则给出了物体运动状态的变化与施加在物体上的力的关系,即力等于物体质量乘以加速度。
第三定律指出,任何作用力都会有一个大小相等、方向相反的反作用力。
动力学的应用非常广泛,尤其在工程领域中发挥着重要作用。
例如,在汽车工程中,动力学分析可以用来研究汽车在不同速度下的制动距离和加速度表现。
在航天工程中,动力学分析可以用来计算火箭的推力和轨道参数,以确保火箭能够准确进入预定轨道。
此外,动力学还可以应用于机械设计、建筑结构分析等领域。
与动力学相对应的是静力学,它研究物体在平衡状态下的受力分析。
静力学的基本原理是平衡条件,即物体在静止状态下受力的合力和合力矩为零。
根据平衡条件,可以通过受力分析来确定物体的平衡状态和受力情况。
静力学的应用也非常广泛,特别是在结构工程中。
例如,在建筑设计中,静力学分析可以用来确定建筑物的结构稳定性和承载能力。
在桥梁设计中,静力学分析可以用来计算桥梁的荷载分布和支撑结构的强度。
此外,静力学还可以应用于机械设计、土木工程等领域。
动力学和静力学在力学中起着不可或缺的作用,它们相互补充、相互联系。
动力学研究物体在受到外力作用下的运动规律,而静力学则研究物体在平衡状态下的受力分析。
两者共同构成了力学的基础理论,为工程和科学研究提供了重要的理论支持。
总结起来,动力学和静力学是力学中的两个重要分支。
动力学研究物体在受到外力作用下的运动规律,而静力学则研究物体在平衡状态下的受力分析。
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静力学问题和动力学问题几个互相平衡的力对物体的作用,因它们的合力等于零,物体没有加速度,所以物体处于静止或匀速直线运动平衡状态。
上节中列举过的4个例子,就是根据力的平衡条件来分析物体的受力情况的,一般我们称为静力学问题。
高中力学所涉及的静力学问题都很简单,大家也比较习惯于解决这类问题。
但是,当物体受到几个不平衡的力的作用下,它们的合力将引起物体作变速运动;分析物体作变速运动的物体受力情况和运动情况时,必须应用动力学定律,这跟应用平衡的概念解决静力学问题有所不同,这类问题我们叫它为动力学问题。
常常有同学用静力学观念来对待动力学问题,结果导出了错误的结论。
譬如对如下的一个问题:图一中m 1=110g ,m 2=20g ,如果不计算摩擦力,那么,物体m 1和m 2各受哪几个力的作用?物体沿m 1沿桌面移动的加速度是多少?有的同学这样考虑:对m 1来说,在竖直方向上所受的重力P 和支承力N 互相平衡;在水平方向上,如果不考虑摩擦,那末它只受到一个绳子的拉力(也即是m 2, 对它的拉力),这个拉力就等于物体m 2的重量20克,所以m 1的加速度222110.02102/0.1P m g a m s m m ⨯====。
对m 2来说,它只受到竖直向上两个力的作用:一个是地球对它的引力0.2N ,另一个是绳子对它的拉力(即m 1对它的拉力),因m 1对m 2的拉力是m 2对m 1拉力的反作用力,所以m 1对m 2的拉力在数值上也等于0.2N 。
这样,m 2所受到的两个力应该是璴平衡的力,合力为零,因此,m 2应该保持静止或匀速直线运动。
图一显然,这样得出的结论是不符合实际情况的,因为m 2并不是处于不稳状态,而是跟m 1一样,以同样大小的加速度作加速运动的。
那么问题到底出在什么地方呢?稍经思考,同学们不难想到:既然m 2是向下作加速运动,这说明它受到的两个力—重力和绳子对它的拉力并不互相平衡,而重力P 2必大于绳子对它的拉力,因为只有这样才能使我合力方向向下而使m 2作向下的加速运动。
可见物体m 1所受绳子的拉力(即m 2对它的拉力)在数值上并不等于m 2的重量,它必然比m 2的重量小些。
这个拉力到底多大呢?这必须应用动力学定律来解决。
设拉力为T ,加速度为a ,对m 1来说,应有11T m a =。
对2m 来说,因所受的合外力为2m g T -,所以应有21m g T m a -=。
解联立方程式:122T m am g T m a=-= 得:22120.0210 1.63/0.10.02m g a m s m m ⨯===++ 210.1 1.63/0.163T m a kg m s N ==⨯=应该注意:这里是假定绳子本身没有质量的。
如果考虑到它有质量,问题就要复杂得多。
如果m 1又受到桌面摩擦力作用而使它处于静止状态或匀速直线运动的平衡状态,那末m 2当然也是静止或匀速下降,在这种情况下,就可应用力的平衡概念求得绳子的拉力(m 1对m 2的拉力或m 2对m 1的拉力)在数值上刚好等于m 2的重量。
因为这时它已变为一个静力学问题了。
为了防止在分析动力学问题时被静力学观念混淆起来,下面我们讨论几个问题。
例一:一条绳子跨过定滑轮,在绳子的两端各挂上一个质量为10克的小盘。
现在两个盘中分别放上质量为200克和150克的砝码(图二)。
求两个盘所受砝码对它们的压力各是多大?如果用静力学的观点对待这个问题,就会错误地认为砝码对盘的压力在数值上等于砝码的重量;即一个盘所受压力为2N (A盘),另一个盘所受的压力为1.5N (B 盘)。
要知道这只有当两个盘都静止或做匀速直线运动的平衡态时才是正确的。
在本题的条件下,两边的砝码的重力不平衡,A 盘要向下作加速运动,而B 盘要向上作加速运动。
由题目所给的数据,不难求出加速度。
()()20.210.1610 1.35/0.1500.010(0.2000.010)F a m s m -⨯==≈+++ A 盘中的砝码受到两个力的作用,一个是重力P 1=2N ,还有砝码盘对砝码的支承力N 1。
因已知加速度a 的方向竖直向下的所以11P N >,111P N m a -=,因而求出支承力()11110.2(10 1.35) 1.73N P m a m g a NN =-=-=⨯- 根据牛顿第三定律,盘对砝码的支承力是1.73N ,则砝码对盘的压力也为1.73N (支承力和压力是作用和反作用的关系)。
B 盘中的砝码也受两个力的作用:一个是重力P 2=0.15×10=1.5N ,另一个是盘对砝码的支承力N 2。
因已知B 盘是竖直向上作加速运动,所以22N P >,222N Pm a -=,因而求出支承力:()22220.15(10 1.35)1.70N P m a m g a N =+=+=⨯+。
同理根据牛顿第三定律,可知砝码对B 盘的压力也是1.70N 。
应该注意:A 盘向下加速运动,砝码对盘的压力小于砝码的重量;B 盘作向上的加速运动,砝码对盘的压力大于它本身的重量。
例二:如图四所示的两块木块,12100,10m g m g ==,木块和地面间摩擦因数0.5μ=(1) 如果以水平推㻒F 作用在m 1上,使两木块在地面上作匀速运动;试求两木块间的相互作用力。
150g 图三(2) 如果增大推力F 使它们以加速度2500/a cm s =们匀加速运动,那么两木块之间的作用力将变为多少?推力F 变为多少? 第一个问题是静力学问题,可以用力的平衡概念来求两木块间的相互作用力。
对m 2来说,它受到两个力的作用:一个是m 1对它的压力,设它为T ;另一个是摩擦力220.50.01100.05f P N μ==⨯⨯=。
这两个力互相平衡,所以才使它做匀速直线运动。
因此,m 1对m 2的压力T 在数值上必等于0.05N ,由牛顿第三定律可知,m 2对m 1的压力T '在数值上也等于0.05N 。
这就是说,在作匀速直线运动(静止也一样)的情况下,两木块之间的相互作用力跟木块m 2所受的摩擦力在数值上相等,即为0.05N 。
第二个问题是动力学问题,必须用牛顿第二定律来解释:对m 2来说,在加速运动的情况下,木块m 1对m 2的压力必大于摩擦力(220.05f P N μ==),两者的合力不等于零,因而引起了加速度。
因为22T f m a -=,所以木块m 1对m 2的压力220.050.01T f m a N =+=+⨯5N =0.1N 。
根据牛顿第三定律,木块m 2对m 1的压力0.1T N '=。
这就是说,两木块之间的相互作用力将增至0.1N 。
对m 1来说,它受三个力作用:推力F ; 摩擦力2110.50.110/0.5f P kg m s N μ==⨯⨯=;m 2对它的压力0.5T N '=,在作加速运动的情况下,这三个力不是互相平衡的力,它们的合力引起了加速度。
因为合力()11F f T m a '-+=,所以推力:110.50.1100.01100.15 1.1F f T m a N '=++=⨯⨯+⨯+⨯=如果将这个例题改变如下:已知作用在木块m 1上的水平推力F =1.1N ,试问木块m 2所受的推力是多少?(加速度不给定,其他条件和例二一样) 。
图四常有同学这样回答:根据力的“可传性”,木块m 2所受的推力当然也是1.1N 。
显而易见,发生这个错误,又是因为同学们不自觉地以静力学的观念来对待动力学问题。
以上分析和计算表明:木块m 1施在m 2上的压力T =0.1N ,而不会是1.1N 。
但在已知水平 推力F =1.1N 的条件下,如何求出m 2所受的压力T 呢?同学们根据例二中的数据自己计算一遍,看看是否恰恰等于0.1N ?应该指出,在例二的条件下,即使木块是处于静止或匀速直线运动状态(例2的第一种情况),m 1所受水平推力F 也不是全部“传给”木块m 2,因为推力F 中的一部分还要用来克服木块m 1所受摩擦力。
不难看出,例2中第一种情形下的水平推力10.50.1100.005100.55F P T N μ=+=⨯⨯+⨯=,其中0.5N 是用来克服m 1所受的摩擦力(1P μ),而不是0.05N “传到”m 2上推着m 2反抗摩擦力()20.05P N μ=匀速前进。
同学们一定会追问:到底在怎样的情况和条件下,力才能通过固体全部将力的大小传递过去呢?为此,让我们把例2中两木块所处的位置改为如下的两种情况:(1) 如图五所示,作用在m 1上的水平推力F =1.1N ,m 1对m 2的是多大?m 2对墙壁的是多大?(为了便于讨论,假定m 1和m 2之间及m 2和墙壁间的静摩擦力足以平衡它们自身所受的重力。
)(2) 将木块m 1和m 2叠合起来放在地板以上(图六),一竖直向下的压力1.1F N=施在m 1上,。
那么m 1对m 2的压力是多少?m2对地板的压力是多少?从静力学的观念出发,1.1N的推力应用力的平衡条件,大家都容易求出第一种情况下,m1对m2的压力和m2对墙壁的压力都是1.1N。
在第二种情况下,m1对m2的压力:111.11 2.1T F m g N N N =+=+=m2对地板的压力:2122.2T F m g m g N=++=可风在这两种情况下,1.1N的推力(或压力)全部地由第一块木块“传给”第二块木块,再从第二块木块“传给”墙壁或地板以),处在静止或匀速直线运动的平衡条件下才是这样的。
如果整个系统在1.1N的推力作用下作变速运动,那就变为动力学问题。
对待动力学问题,力的“可传性”也就失效了。
例三:如图七所示的装置中,(1)没物体的质量12100m m g==,绳子所受的拉力是多少?(2)设物体的质量1100m g=,280m g=,绳子所受的拉力又是多少?第一种情况物体处于平衡状态,所以㣨容易用力的平衡条件求得绳的拉力在数值上就等于物体的重量1N。
不过这里要补充说明的,在忽略了绳子本身质量的一般情况里,所谓绳子的拉力就等于绳子两端所受的力,它们总是大小相等、方向相反。
例如,在吊着物体m1的这一端,物体m1所受的重力P1被绳子的支承力(弹力)N1平衡,所以绳子对m1的支承力N1在数值上也等于1N,以因为物体m1对绳子的拉力T1是N1的反作用力,所以m1对绳子的拉力T1=1N。
同理,可求得在吊着物体m2的那端上,物体m2对绳拉力T2=1N,在忽略了绳子本身质量的情况下,m1对绳子的拉力也可看成物体m 1通过绳子施在物体m 2上的作用力,m 2对绳子的拉力也可看成是物m 2通过绳子施在物体m 1上的作用力(但严格说起来,同一条绳子两端所受的拉力尽管是大小相等、方向相反,但并不是一对作用力和反作用力)。