第2章：质点动力学基础技巧.ppt

第2章：质点动力学基础; 第一章：质点运动学 本 章：质点动力学 牛顿三定律为质点动力学提供了完备的基本原理。还将有力、质量、动量和能量等一系列重要物理概念。 根据牛顿运动定律，采用微积分和矢量代数等数学工具，原则上我们可以描述和预测一个或多个质点组成的力学系统的状态和演化过程。;2.1 生活中常见的力和基本自然力 2.1.1 生活中常见的力 常见的力：重力、弹力、地面的支撑力、摩擦力、空气阻力 等。 一．重力 重力和重力加速度均指向地心。; 发生拉伸形变的绳索，其内部会产生使绳索收缩的弹力，称为弹性张力。;最大静摩擦力;接触面材料;四．流体阻力 流体阻力的大小依赖于物体的大小、形状和速率以及流体本身的密度和粘滞性等多种因素。相对速率较小时：; 运动的速率足够大时： ρ是流体密度，S 物体运动方向的横截面积，Cd 为曳引系数，依赖于流体的粘滞性。 例如：物体在空气中下落，空气阻力随物体下落速率的增大而增大。当空气阻力与重力大小相等时，物体达到最大速率--终极速率。 雨滴在空气中下落的终极速率约为 7-8m/s，跳伞员落地的速度通常为 5m/s 左右。;2.3 基本的自然力 现代物理学已经证明，自然界只存在四种基本相互作用力：万有引力、电磁力、弱相互作用力、强相互作用力。 1．万有引力;2．电磁力 带电粒子--激发产生电磁场；电磁场→电粒子--电磁力。 原子中，核外电子就是在原子核的电磁力作用下才形成了稳定的原子。 弹力、绳的张力、摩擦力、地面支撑力和空气阻力等本质上都是电磁力。在日常生活中遇到的各种各样的力，除重力起源于万有引力外，几乎都是电磁力的宏观表现。;3．强相互作用力 原子核的尺寸非常小(～10-15 m )，原子核内的质子之间存在巨大的电磁排斥力。克服这种排斥力而将核子紧紧地束缚在一起形成稳定的原子核的力--强相互作用力。 强相互作用是一种短程力，只有当距离小到10-15 m量级时才产生可观的效果。质子之间的强相互作用力的典型值为104N。;4．弱相互作用力 核子之间还存在弱相互作用，简称弱力。 弱力也是一种短程力，力程比强力还短，两相邻质子间弱力大小的典型值大约为10-2N，比强相互作用小了大约 6个数量级。;2.2 牛顿三大运动定律 Issac Newton(1643－1727) 英国人，经典物理学奠基人。对力学、光学、热学、天文学、数学等都有重大贡献。其代表作《自然哲学的数学原理》是力学的经典著作。牛顿是近代自然科学奠基时期具有集前人之大成的贡献的伟大科学家 。;牛顿安葬于伦敦威斯敏斯特(西敏寺)教堂;2.2.1 牛顿第一定律和惯性 牛顿第一定律：任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。 牛顿第一定律自然引出两个基本概念： 惯性：物体具有保持运动状态不变的性质，即物体具有抵抗运动变化的性质。 力：外界对物体的作用才能使它产生加速度，即迫使一个物体运动状态发生改变。; 由于运动只有相对于一定的参照系来说明才有意义，所以牛顿第一定律也定义了一种参照系。 在这种参照系中观察，一个不受力作用的物体将保持静止或匀速直线运动状态不变。这样的参照系叫惯性参照系。 并非任何参照系都是惯性系。是否为惯性系要靠实验判断。地球是一个足够精确的惯性系。;2.2.2 牛顿第二定律和力;;2.2.3 牛顿第三定律 牛顿第三定律：对于每一个作用，总存在一个相等的反作用；或者说，两个物体给各自对方的相互作用总是相等的，而且指向相反的方向。;2.3 单位制和量纲 2.3.1 国际单位制 基本单位：选择长度、时间、质量、热力学温度、物质的量、电流强度、发光强度等七个物理量的单位为基本单位。 基本单位分别为：米/m、秒/s、千克/kg、开尔文/K、摩尔/mol、安培/A、坎德拉/cd。 导出单位：根据可靠的物理定律推导出这七个物理量之外的其它物理量的单位。 辅助单位：两个：即平面角--弧度/rad，立体角--球面度/sr。; 力学中只涉及到长度、质量、时间三个物理量的基本单位。 1m：是光在真空中在(1/299792458 s)内所经过的距离。 1s：是铯的一种同位素133 CS 原子发出的一个特征频率光波周期的9192631770倍。 1kg：千克标准原器--是用铂铱合金制造的一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中。;因数;2.3.2 量纲 表示一个物理量如何由基本量的组合所形成的式子。;2.4 牛顿运动定律应用举例 1).确定研究