運動學的發(fā)展歷史

1、運動學的發(fā)展歷史運動學是理論力學的一個分支學科，它是運用幾何學的方法來研究物體的運動，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運動和力的關系，則是動力學的研究課題。用幾何方法描述物體的運動必須確定一個參照系，因此，單純從運動學的觀點看， 對任何運動的描述都是相對的。 這里，運動的相對性是指經(jīng)典力學范疇內(nèi)的，即在不同的參照系中時間和空間的量度相同，和參照系的運動無關。不過當物體的速度接近光速時，時間和空間的量度就同參照系有關了。這里的“運動”指機械運動，即物體位置的改變；所謂“從幾何的角度”是指不涉及物體本身的物理性質(zhì) （ 如質(zhì)量等 ）和加在物體上的力。運動學主要研究點和剛體的運動規(guī)律。點是指

2、沒有大小和質(zhì)量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點。剛體是沒有質(zhì)量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運動學包括點的運動學和剛體運動學兩部分。掌握了這兩類運動，才可能進一步研究變形體（ 彈性體、流體等） 的運動。在變形體研究中，須把物體中微團的剛性位移和應變分開。點的運動學研究點的運動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運動學還要研究剛體本身的轉動過程、角速度、角加速度等更復雜些的運動特征。剛體運動按運動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉動、剛體平面運動、剛體定點轉動和剛體一般運動。運動學為動力學、機械原理（ 機械學 ） 提供理論基礎，也包含有

3、自然科學和工程技術很多學科所必需的基本知識。運動學的發(fā)展歷史運動學在發(fā)展的初期，從屬于動力學，隨著動力學而發(fā)展。古代，人們通過對地面物體和天體運動的觀察，逐漸形成了物體在空間中位置的變化和時間的概念。中國戰(zhàn)國時期在墨經(jīng)中已有關于運動和時間先后的描述。亞里士多德在物理學 中討論了落體運動和圓運動， 已有了速度的概念。伽利略發(fā)現(xiàn)了等加速直線運動中，距離與時間二次方成正比的規(guī)律，建立了加速度的概念。在對彈射體運動的研究中，他得出拋物線軌跡，并建立了運動 （ 或速度 ） 合成的平行四邊形法則，伽利略為點的運動學奠定了基礎。在此基礎上，惠更斯在對擺的運動和牛頓在對天體運動的研究中，各自獨立地提出了離心力

4、的概念，從而發(fā)現(xiàn)了向心加速度與速度的二次方成正比、同半徑成反比的規(guī)律。18 世紀后期，由于天文學、造船業(yè)和機械業(yè)的發(fā)展和需要，歐拉用幾何方法系統(tǒng)地研究了剛體的定軸轉動和剛體的定點運動問題，提出了后人用他的姓氏命名的歐拉角的概念，建立了歐拉運動學方程和剛體有限轉動位移定理，并由此得到剛體瞬時轉動軸和瞬時角速度矢量的概念，深刻地揭示了這種復雜運動形式的基本運動特征。所以歐拉可稱為剛體運動學的奠基人。此后，拉格朗日和漢密爾頓分別引入了廣義坐標、廣義速度和廣義動量，為在多維位形空間和相空間中用幾何方法描述多自由度質(zhì)點系統(tǒng)的運動開辟了新的途徑，促進了分析動力學的發(fā)展。19 世紀末以來， 為了適應不同生產(chǎn)需要、 完成不同動作的各種機器相繼出現(xiàn)并廣泛使用，于是，機構學應運而生。機構學的任務是分析機構的運動規(guī)律，根據(jù)需要實現(xiàn)的運動設計新的機構和進行機構的綜合。現(xiàn)代儀器和自動化技術的發(fā)展又促進機構學的進一步發(fā)展