1质点动力学

(三) 参考坐标系
在静力学中，选择参考坐标系，完全是为了解题方便，不受限制。
在运动学中，选用不同参考系描述物体运动，可以得到不同的结果。 在动力学中，选择参考坐标系，有所限制。 惯性参考系：使牛顿定律成立的参考坐标系。 牛顿定律是在假想的绝对静止的坐标系提出的。牛顿的绝对空间是 不受外界影响,绝对静止的。牛顿这样猜想:“在恒星所在的遥远的地方,或 者在它们之外更遥远的地方,可能有某种绝对静止的物体存在”。“在太 空中,远离各星球的区域,在这里一个物体在不受外力作用时将作匀速直线 运动”。他提出假设,宇宙的中心是不动的,这就是他所想象的绝对空间。 牛顿的绝对时空观是不对的，但牛顿引入绝对空间，对于建立牛顿 力学体系是必要的，即绝对空间对经典力学是必不可少的。
动力学(40课时)
第一章 质点动力学基础（1） 第二章 动量定理（2） 第三章 动量矩定理（2） 第四章 动能定理（2） 第五章 达朗伯原理（2） 第六章 碰撞（2） 第七章 虚位移原理（2） 第八章 拉格朗日方程（2） 第九章 振动理论基础（2）
第 1
§1-1 动力学研究内容
章
§1-2 动力学模型
（二）动力学模型
1.连续质点系(刚体)与离散质点系：
连续质点系(刚体): 不变形的质点系。质点之间距离保持不变。 离散质点系: 质点之间无约束和联系,是自由质点。如定向爆破中碎石、土块。 对于连续质点系, 表示系统动力学特性的参量, 如质量、加速度、刚度 等，连续分布在某一空间中。
2.受约束质点系(刚体)与自由质点系:
地面参考系？因为地球自转, 地面参考系也不是惯性系, 但地面上各 处相对于地心参考系的法向加速度小于3.4×10-2 m／s2(在赤道上),所以地 面参考系也可近似作为惯性系。在一般工程技术问题中, 如交通运输工具 (车船)、起重机起吊重物、机床等,精度要求不很高, 可以采用地面参考系 来描述物体的运动, 并应用牛顿定律, 得出的结论足够准确地符合实际。
宇宙飞船沿预定轨道运行? 保持运行姿态? 准确回收？
“神舟八号”与“天宫一号”对接
①载人飞船阶段，神舟五号、神舟六号、神舟七号。 ②空间实验室阶段，神舟八、九、十号与天宫一号对接。 ③2020年前后建立一个60吨级的载人空间站。
“神舟八号”与“天宫一号”对接
2011年11月3日，神舟八号与天宫一号在太空成功对接 。 2012.6.16—6.29，神舟九号(载3人)与天宫一号对接 。 2013.6.11—6.26，神舟十号(载3人)与天宫一号对接 。
(一) 动力学研究内容
研究物体上作用的力系与物体运动之间关系。 机器零件、构件、工程结构的动力学问题？ ◆ 动力学的中心问题是针对给定物体的力学模 型，建立描述其运动状态变化的数学模型，即动力 学建模 。 ◆ 动力学建模：写出物体受力作用时, 作用力F 与运动参量之间的函数关系式：F F(t, r , r ) . 一般 是微分方程。
质
§1-3 参考坐标系
点
动
§1-4 质点运动微分方程
力 学
§1-5 对牛顿定律的理解
基
§1-6 典型例题
础
(一)动力学研究内容
研究物体上作用的力系与物体运动之间关系。 利用牛顿定律求解质点和质点系的动力学问题， 在物理学已基本解决。在此基础上，要应用到实际 机构中各构件、零件、结构的动力学问题。
机器零件、构件、工程结构的动力学问题？ 下面看几个工程实际中的动力学问题？
动力学应用实例1
火车提速后，车轮对于铁轨的压力 ？
动车、高铁，车轮对于铁轨的压力 ？
应用实例2 — 夯土机的力学设计
问题 ？
起跳条件？ 电动机最低转速？ 起跳高度？ 下砸的力的大小？ 水平方向运动的控制？
应用实例3－自行车的力学分析
自行车在急刹车时，使用前闸易翻车，用 后闸较安全，为什么？进行力学分析。能否结 合自行车的设计提出建议。
FK4参考系是目前所使用的最好的惯性参考系。选取1535颗恒星的 平均静止的位形作为基准的参考系,这个体系的平均不动的状态作为参考 物体。 FK4参考系离周围其它物体更加遥远，因此更加理想。
什么样的坐标系可以作为惯性坐标系? 太阳参考系(日心系) 是一个足够精确的惯性参考系。因为通过天文 观测或宇宙飞行器的发射与控制，发现行星和宇宙飞行器的运动完全由牛 顿定律支配，作用力主要是万有引力和火箭推进力。
地心参考系？因为地球绕太阳公转，地心参考系不是惯性系，但地 球相对于太阳参考系的法向加速度甚小(约6×10-3 m／s2) ，不到地球上重 力加速度的1‰，所以地心参考系可近似作为惯性系。研究卫星的回收、 洲际导弹的发射等，可以将地心参考系作为惯性参考系。
a C
h
b l
太阳
动力学应用实例4 —航天问题
百度文库月亮
月球探测卫星
（1） “神六”绕地球飞行，第一宇宙速度7.9Km/S。
（2） “嫦娥一号”绕月飞行，第二宇宙速度11.2Km/S。 （3） “神七”太空船，太空行走。
地球
（4） “神舟八号”、 “神舟九号” 、“神舟十号”与“天宫一号”对 接（。5） 嫦娥二号、 嫦娥三号，月球车探测月球。
受约束质点系(刚体): 其运动受到限制的质点系(刚体) 。如起重机、车 床、汽车、火车等。受约束的机器零构件，如曲柄、连杆等。
自由质点系: 其运动不受限制的质点系。如宇宙飞船、飞机、舰艇等。
3.多刚体系统与多体系统：
多刚体系统：几个刚体相互约束组成的系统。如自行车等。 多体系统：刚体、弹性体、液体耦合系统。如卫星。
严格说来，宇宙空间不存在一个绝对静止的物体，自然界中几乎找 不到真正不受力的孤立物体，只可能找到受力较小，在一定的精度范围 内受力可以忽略不计的物体，选择这样的物体作为参考系，就可以认为 近似是一种惯性系，它接近于理论所定义的惯性系。
什么样的坐标系可以作为惯性坐标系?
(三) 参考坐标系
惯性参考系：使牛顿定律成立的参考坐标系。
“神舟八号”与“天宫一号”对接 捕获
拉近
宇宙飞船的运行姿态?
航天结构对接的关键：航天器的姿态控制。
火箭的推力？ 火箭的速度？ 火箭的运动方程？
根据动量守恒定律, 推导火箭运 动的基本方程。要提高火箭速度可以 利用如下途经：
(1)提高喷气速度,采用高能燃料； (2)提高质量比； (3)采用多级火箭。