参考系质点刚体质点运动的描述

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1、第一部分力学1什么是力学力学2力学的分类按研究内容分机械运动是指物体之间或物体各部分之间发生的相对位置的变化．研究机械运动及其规律的科学．按研究对象分运动学(Kinematics)——研究物体运动的规律动力学(Dynamics)——研究物体运动的原因静力学(Statics)——研究物体平衡时的规律质点力学——研究对象为质点刚体力学——研究对象为刚体4力学的总框架力学运动学动力学牛顿定律守恒定律动量守恒定律机械能守恒定律角动量守恒定律3数学工具微积分和矢量运动学第二章自然界中的一切物质都处于运动之中．宏观物体的机械

2、运动分子热运动电磁运动微观粒子的运动各种场的变化物质的运动形式宏观物体的机械运动是最常见的一种运动，其中最基本、最简单的运动形式有平动和转动，其他复杂的运动都可看成是平动和转动的叠加．主要内容质点运动状态的描述:位置、位移、速度、加速度质点运动方程:质点运动学的核心刚体定轴转动的规律:角速度、角加速度、刚体上各点的速度、切向和法向加速度运动的相对性描述质点运动的基础:参考系、坐标系、质点、刚体运动学是研究物体位置随时间变化规律的力学内容．2-1参考系质点刚体2-2质点运动的描述2-3平面曲线运动2-4转动刚体的角

3、速度和角加速度2-5运动描述的相对性2-1参考系质点刚体一、参考系二、空间和时间三、质点(masspoint)四、刚体(rigidbody)一个物体的机械运动该物体相对于另一个物体的位置，及其位置随时间的改变．研究物体机械运动的思路确定描述物体运动的方法．对复杂运动进行科学合理的抽象，建立理想模型．突出主要矛盾，化繁为简．一、参考系2-1参考系质点刚体在自然界中所有的物体都在不停地运动，绝对不动的物体是没有的．运动描述的相对性描述物体的运动或静止总是相对于某个选定的物体而言的．运动的绝对性与相对性运动的绝对性参考

4、系选取的参考系不同，对物体运动情况的描述不同．以太阳为参照系太阳月亮地球轨道2-1参考系质点刚体为描述物体的运动状态而选择作为标准的参考物．说明从对运动的描述来说，参考系的选择是任意的，主要取决于问题的性质和研究起来是否方便．在描述物体的运动时，必须指明参考系．若不指明参考系，则认为以地面为参考系．地球月亮以地球为参照系椭圆坐标系物理学中常用坐标系2-1参考系质点刚体为了定量地描述物体相对于参照系的运动，在参照系上选择一固定的坐标系．直角坐标系，平面极坐标系，平面自然坐标系坐标系的选择是任意的，主要由研究问题的方

5、便而定．坐标系的选择不同，描述物体运动的方程是不同的．二、空间和时间任何物体的运动都是在时间和空间中进行的，既不能脱离空间，也不能脱离时间．空间概念描述物体的体积、空间位置及位置变化．时间概念反映物理事件的顺序性和持续性．2-1参考系质点刚体目前量度的时空范围时间：10-24s→1018s空间：10-16m→1026m时间本身具有单向流逝的特点．在运动学中，除时间外，还常用到时刻的概念．时间某一段路程，时刻某一位置根据物理理论，时间间隔和空间长度都存在下限，分别是：普朗克时间：10-43s普朗克长度：10-35m

6、时空范围的理论下限在两个相对作直线运动的参考系中，时间的测量是绝对的，空间的测量也是绝对的，与参考系无关，时间和长度的绝对性是经典力学的基础．2-1参考系质点刚体三、质点(masspoint)质点是一个理想化的物理模型．质点当物体的大小和形状忽略不计时，可以把物体简化为只有质量没有形状和大小的点．引入理想模型是物理学中的一种常用方法．研究质点的运动是研究物体复杂运动的基础．在理想模型中，只保留了对研究对象起决定作用的因素，因此，物理模型更能够反映现象的本质，同时又可以使问题得到简化．任何物体都有大小和形状．物体在

7、运动时它各部分的位置变化是不同的，物体的运动情况是非常复杂的．2-1参考系质点刚体说明质点的概念是在考虑主要因素而忽略次要因素引入的一个理想化的力学模型．一个物体能否当做质点，并不取决于它的实际大小，而是取决于研究问题的性质．研究整个物体运动时，先将组成物体的各质点的运动分析清楚，再对各质点的运动迭加，即可求得整个物体的运动．刚体的理想化特点决定了各质点之间不能发生相对位移．停在铁轨上的机车车轮．四、刚体(rigidbody)在日常生活和生产实践中，人们常可见到的许多物体在受力时发生的形变很小，这时就可以忽

8、略其形变，而把物体抽象成理想化的模型，称之为“刚体”(rigidbody)．质点和刚体是本章的研究对象．2-1参考系质点刚体刚体在任何情况下其形状和大小都保持不变的物体．一个刚体可以看作是包含有大量质点，且各质点之间距离都保持不变．物体在受力时发生的形变很小(可忽略不计)，并不意味着由形变产生的弹性力一定很小．在刚体力学中，物体的形变可忽略不计，但在作受力分析时，由形变产