工程力学第七章节.pptVIP

1 * 引 言 一.研究对象： 二.力学模型： 研究物体的机械运动与作用力之间的关系 2.质点系：由有限或无限个有着一定联系 的质点组成的系统。 1.质点：具有一定质量而不考虑其形状大小的物体。 刚体是一个特殊的质点系，由无数个相互间保持距离 不变的质点组成。又称为不变质点系。 例如： 研究卫星的轨道时，卫星 质点； 刚体作平动时,刚体 质点。 自由质点系： 质点系中各质点的运动不受约束的限制。 非自由质点系：质点系中的质点的运动受到约束的限制。 质点系是力学中最普遍的抽象化模型；包括刚体,弹性体,流体。 三.动力学分类: 质点动力学 质点系动力学 质点动力学是质点系动力学的基础。 四.动力学的基本问题：大体上可分为两类： 第一类：已知物体的运动情况，求作用力； 第二类：已知物体的受力情况，求物体的运动。 综合性问题：已知部分力，部分运动求另一部分力、部分运动。 已知主动力，求运动，再由运动求约束反力。 §7–1 动力学的基本定律 §7–2 质点运动微分方程的形式 §*** 质点动力学两类问题 质点运动微分方程 §7-1 动力学的基本定律 质点是物体最简单、最基本的模型，是构成复杂物体系统 的基础，质点动力学基本方程给出了质点受力与其运动变化的 关系，质点动力学的基础是三个基本定律，这些定律是牛顿在 总结前人研究成果基础上提出的，称为牛顿三定律。 第一定律（惯性定律） 不受力作用的质点，将保持静止或作匀速直线运动。 不受力作用的质点，不是处于静止状态，就是保持 其原有的速度（包括大小和方向）不变， 这种性质称为惯性。 上式称为质点动力学的基本方程。建立了质点的加速度、质量 与作用力之间的定量关系。当质点受到多个力作用时，该式中 的力F应为共点力系的合力。 从该式还可以看出，质点质量越大，其运动状态越不容易改变，也就是质点的惯性越大，因此，质量是质点惯性的度量；另外应注意公式中国际单位制（SI）的表示以及国际单位制和工程单位制的换算关系。 第二定律（力与加速度之间的关系的定律） 该定律的数学表达式为： 第三定律（作用与反作用定律） 　两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向 相反，沿着同一直线，且同时分别作用在这两个物体上。 这一定律就是静力学的公理四，它不仅适用于平衡的物体， 而且也适用于任何运动的物体。 上述三个定律适用的参考系称为惯性参考系。 今后，如无特别说明，我们取与地球固连的坐标系为惯性参考系；以牛顿三定律为基础的力学，称为古典力学。在此范畴，质量、空间和时间是“绝对”的，与运动没有关系，但近代物理已经证明，质量、时间和空间都与物体的运动速度有关，只是当物体的运动速度远小于光速时，物体的运动对质量、时间和空间的影响是微不足道的。 将动力学基本方程 表示为微分形式的方程，称为质点的运动微分方程。 1.矢量形式 §7-2 质点运动微分方程的形式 2.直角坐标形式 3.自然形式 质点运动微分方程除以上三种基本形式外,还可有极坐标形式, 柱坐标形式等等。 应用质点运动微分方程，可以求解质点动力学的两类问题。 1.第一类：已知质点的运动，求作用在质点上的力（微分问题） 质点动力学两类问题 解题步骤和要点： ①正确选择研究对象（一般选择联系已知量和待求量的质点）。 ②正确进行受力分析,画出受力图(应在一般位置上进行分析)。 ③正确进行运动分析（分析质点运动的特征量）。 ④选择并列出适当形式的质点运动微分方程（建立坐标系）。 ⑤求解未知量。 [例1] 桥式起重机跑车吊挂一重为G的重物，沿水平横梁作匀速运动，速度为 ，重物中心至悬挂点距离为L。突然刹车，重物因惯性绕悬挂点O向前摆动，求钢丝绳的最大拉力。 解：①选重物(抽象为质点)为研究对象 ②受力分析如图所示 ③运动分析，沿以O为圆心, L为半径的圆弧摆动。 ④列出自然形式的质点运动微方程 ⑤求解未知量 [注]①减小绳子拉力途径：减小跑车速度或者增加绳子长度。 ②拉力Tmax由两部分组成, 一部分等于物体重量,称为静拉力 一部分由加速度引起，称为附加动拉力。全部拉力称为动拉力。