上交大理論力學(xué)課件

上交大理論力學(xué)課件歡迎來(lái)到上交大理論力學(xué)課件，本課程將介紹力學(xué)的基本原理和應(yīng)用。課程概述1理論力學(xué)概述理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，是后續(xù)力學(xué)課程的基礎(chǔ)。2課程目標(biāo)掌握基本概念、定律、理論，并能夠應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的分析和解決。3課程內(nèi)容靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)，以及相關(guān)應(yīng)用。力學(xué)的發(fā)展歷程1古代文明古埃及人建造金字塔，古希臘人研究杠桿和滑輪2文藝復(fù)興達(dá)芬奇、伽利略等對(duì)力學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究3牛頓時(shí)代牛頓提出三大運(yùn)動(dòng)定律，奠定經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)4現(xiàn)代力學(xué)相對(duì)論、量子力學(xué)等新的理論框架出現(xiàn)牛頓力學(xué)的三大定律慣性定律物體保持靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非受到外力的作用。加速度定律物體加速度的大小與作用于物體的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。作用力與反作用力定律當(dāng)兩個(gè)物體相互作用時(shí)，彼此施加的力大小相等，方向相反，作用在不同物體上。牛頓第一定律：慣性定律靜止物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，除非受到外力的作用。勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非受到外力的作用。牛頓第二定律：力與加速度基本概念物體受外力作用時(shí)，將產(chǎn)生加速度，加速度的大小與合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向一致。公式表達(dá)F=ma，其中F為合外力，m為物體的質(zhì)量，a為加速度。牛頓第三定律：作用力與反作用力作用力與反作用力當(dāng)物體A作用于物體B時(shí)，物體B也會(huì)同時(shí)對(duì)物體A施加一個(gè)大小相等、方向相反的力，這就是作用力與反作用力。反作用力的應(yīng)用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴射燃?xì)?，從而獲得向前的推力，這是反作用力的典型應(yīng)用。力的概念和性質(zhì)1力的定義力是物體之間的相互作用，可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀。2力的性質(zhì)力具有大小和方向，是矢量。力的作用是相互的，即物體對(duì)物體施加力的同時(shí)，物體也對(duì)物體施加大小相等、方向相反的力。3力的單位力的單位是牛頓（N），1N表示使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力。質(zhì)點(diǎn)和坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)是理想化的模型，它代表一個(gè)具有質(zhì)量但沒(méi)有大小和形狀的物體。坐標(biāo)系是用來(lái)描述質(zhì)點(diǎn)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)工具。在坐標(biāo)系中，我們可以用向量來(lái)表示質(zhì)點(diǎn)的位移、速度和加速度。質(zhì)點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1位置質(zhì)點(diǎn)的空間位置是由一個(gè)參考點(diǎn)和一個(gè)向量確定的.2速度質(zhì)點(diǎn)速度是指其位置隨時(shí)間的變化率.3加速度質(zhì)點(diǎn)加速度是指其速度隨時(shí)間的變化率.質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度速度速度描述了質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方向和快慢。它是位移隨時(shí)間的變化率，通常用向量表示。加速度加速度描述了速度隨時(shí)間的變化率，也是向量。它反映了速度變化的大小和方向。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述1位置坐標(biāo)系2速度變化率3加速度速度變化率直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡為直線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，例如物體沿水平軌道滑動(dòng)。曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，例如拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)量和沖量動(dòng)量動(dòng)量是物體質(zhì)量和速度的乘積，表示物體運(yùn)動(dòng)的慣性程度。沖量沖量是力在時(shí)間上的積累，表示力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的累積效應(yīng)。動(dòng)量守恒定律守恒定律在沒(méi)有外力作用的情況下，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。應(yīng)用范圍廣泛應(yīng)用于碰撞、爆炸、火箭發(fā)射等問(wèn)題。角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量是描述物體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物理量，反映物體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性。守恒定律在沒(méi)有外力矩作用的情況下，系統(tǒng)的總角動(dòng)量保持不變，即角動(dòng)量守恒定律。應(yīng)用領(lǐng)域角動(dòng)量守恒定律廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、航天器姿態(tài)控制等領(lǐng)域。能量和能量守恒1能量的定義能量是物體做功的能力，它可以以多種形式存在，如動(dòng)能、勢(shì)能、熱能、電能等。2能量守恒定律能量守恒定律指出，在一個(gè)孤立的系統(tǒng)中，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，總量保持不變。3能量守恒的意義能量守恒定律是自然界最基本、最普遍的規(guī)律之一，它在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。功和功率的概念功力在物體上做的功等于力的大小與物體在力的方向上移動(dòng)的距離的乘積。功是一個(gè)標(biāo)量，其單位是焦耳。功率功率是指物體做功的快慢，等于功與做功時(shí)間之比。功率是一個(gè)標(biāo)量，其單位是瓦特。動(dòng)能和勢(shì)能動(dòng)能物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量，與物體的質(zhì)量和速度的平方成正比。勢(shì)能物體由于其位置或狀態(tài)而具有的能量，例如彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能。功與能量的關(guān)系功物體受到力的作用，并在力的方向上發(fā)生位移，力做的功等于力的大小和位移的乘積。能量物體做功的能力，能量的單位是焦耳（J）。關(guān)系功是能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，功等于能量的變化量。勢(shì)能的種類(lèi)1重力勢(shì)能物體由于其位置而具有的能量，與物體的質(zhì)量、重力加速度和高度有關(guān)。2彈性勢(shì)能物體由于形變而具有的能量，與彈性系數(shù)和形變量有關(guān)。3電勢(shì)能帶電物體由于其在電場(chǎng)中的位置而具有的能量，與電荷量和電勢(shì)差有關(guān)。4化學(xué)勢(shì)能物質(zhì)中原子和分子之間的化學(xué)鍵儲(chǔ)存的能量，化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收。保守力和非保守力保守力做功與路徑無(wú)關(guān)，只與始末位置有關(guān)的力。非保守力做功與路徑有關(guān)，與始末位置無(wú)關(guān)的力。剛體的平衡條件力矩平衡作用在剛體上的所有外力矩的矢量和為零。合力為零作用在剛體上的所有外力的矢量和為零。剛體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)平動(dòng)剛體的所有點(diǎn)都具有相同的運(yùn)動(dòng)軌跡，就像一個(gè)整體在空間中移動(dòng)一樣，例如一輛汽車(chē)在平坦的道路上行駛。轉(zhuǎn)動(dòng)剛體繞著一個(gè)固定軸旋轉(zhuǎn)，例如地球繞著地軸旋轉(zhuǎn)。慣性力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣性力矩物體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)加速度的量度。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量物體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)抵抗角加速度的量度。平面剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定義平面剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。軸上各點(diǎn)速度為零，稱(chēng)為固定軸。描述定軸轉(zhuǎn)動(dòng)用角坐標(biāo)描述，即物體繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。角速度是角坐標(biāo)對(duì)時(shí)間的變化率，角加速度是角速度對(duì)時(shí)間的變化率。動(dòng)力學(xué)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)用角動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)描述，角動(dòng)量是物體繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性表現(xiàn)的量度，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)變化的量度。定理定軸轉(zhuǎn)動(dòng)滿(mǎn)足動(dòng)量定理和能量定理，用于分析實(shí)際問(wèn)題。分析實(shí)際問(wèn)題的方法1建立模型簡(jiǎn)化實(shí)際問(wèn)題，建立合適的力學(xué)模型。2分析問(wèn)題應(yīng)用力學(xué)原理和理論，進(jìn)行分析和計(jì)算。3求解問(wèn)題根據(jù)分析結(jié)果，得出結(jié)論，解決實(shí)際問(wèn)題。課程總結(jié)和展望知識(shí)回顧本