《力學競賽動力學》課件

《力學競賽動力學》課程概述運動學和動力學的區(qū)別運動學描述物體的運動，不考慮導致運動的原因動力學研究物體運動的原因，即力對物體運動的影響位置、速度和加速度的概念位置物體在空間中的位置，通常用坐標系表示。比如，一個物體在x軸上的位置可以表示為(x,0,0)。速度物體位置的變化率，表示物體運動的方向和快慢。速度是一個矢量，有大小和方向。加速度物體速度的變化率，表示物體運動速度變化的快慢和方向。加速度也是一個矢量。勻速直線運動1定義物體沿直線方向以不變的速度運動，稱為勻速直線運動。2速度勻速直線運動的速度大小和方向都不變。3位移勻速直線運動的位移等于速度乘以時間。勻加速直線運動1速度變化速度隨時間線性增加2加速度恒定加速度方向不變，大小保持一致3運動軌跡物體沿直線運動，速度不斷增大曲線運動軌跡物體運動的路徑，是連續(xù)的曲線。速度速度的大小和方向都發(fā)生變化。加速度加速度方向不與速度方向一致。牛頓運動定律1慣性定律物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，除非受到外力的作用.2加速度定律物體的加速度與合外力成正比，與物體的質量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同.3作用力與反作用力定律當一個物體對另一個物體施加力的同時，另一個物體也會對第一個物體施加一個大小相等、方向相反的力.動量與動量定理動量的定義物體的動量等于物體的質量乘以物體的速度。動量定理物體動量的變化量等于物體所受的合外力的沖量。沖量沖量是指物體所受合外力的作用時間和合外力的乘積。動量守恒定律封閉系統(tǒng)在沒有外力的情況下，系統(tǒng)的總動量保持不變。碰撞與爆炸系統(tǒng)內(nèi)部相互作用，但總動量保持不變。能量與能量定理能量物體做功的能力，是標量，單位是焦耳(J)。能量定理一個物體所做的功等于其動能的變化量。公式W=ΔEk=1/2mv22-1/2mv12勢能和動能1勢能物體由于其位置或狀態(tài)而具有的能量，例如重力勢能、彈性勢能等。2動能物體由于其運動而具有的能量，與物體的質量和速度平方成正比。3能量守恒在沒有外力做功的情況下，物體的總能量保持不變，勢能和動能可以相互轉化。功和功率功力作用在物體上，使物體在力的方向上移動一段距離，力做的功等于力的大小和物體在力的方向上移動的距離的乘積。功率功率是單位時間內(nèi)所做的功，表示物體做功快慢的物理量。單位功的單位是焦耳（J），功率的單位是瓦特（W）。機械能守恒定律單擺運動在理想情況下，單擺的機械能守恒。過山車過山車在運行過程中，機械能守恒。自由落體自由落體過程中，物體的機械能守恒。力矩和角動量定理力矩力矩是力對物體產(chǎn)生轉動作用的度量，由力的大小、力臂的長度和力與力臂之間的夾角決定。角動量角動量是物體繞某一點或軸線轉動時的慣性，由物體的質量、轉動慣量和角速度決定。角動量定理角動量定理指出，物體受到外力矩的作用，其角動量變化率等于外力矩的大小。剛體轉動運動1角速度描述物體轉動快慢2角加速度描述角速度變化快慢3轉動慣量描述物體抵抗轉動4轉動動能描述物體轉動能量相對運動參考系描述物體運動時所選取的參照物稱為參考系。相對速度一個物體相對于另一個物體的運動速度稱為相對速度。相對加速度一個物體相對于另一個物體的加速度變化率稱為相對加速度。非慣性系的動力學分析1慣性系與非慣性系慣性系是指相對于靜止或勻速直線運動的參考系，非慣性系則指相對于慣性系做加速運動的參考系。2慣性力的引入在非慣性系中，物體除了受到真實作用力之外，還會受到一個由參考系運動引起的額外力，稱為慣性力。3非慣性系動力學分析非慣性系中的物體運動分析需要考慮真實作用力和慣性力，并運用牛頓運動定律進行分析。單擺問題分析定義單擺是一個理想化的物理模型，由一個質量集中在一點的質點和一根質量可以忽略不計的輕質細線組成。運動規(guī)律單擺在重力作用下，會發(fā)生周期性的往復運動，其運動規(guī)律可以用簡單的數(shù)學公式描述。應用單擺問題在物理學中有著廣泛的應用，例如，可以用來測量重力加速度。雙擺問題分析1運動方程兩個擺球的運動方程2能量守恒系統(tǒng)機械能守恒3混沌現(xiàn)象對初始條件敏感雙擺問題在力學競賽中是一個常見的難題。它涉及到兩個擺球的運動，以及它們之間的相互作用。雙擺的運動非常復雜，并能展現(xiàn)出混沌現(xiàn)象，對初始條件非常敏感。拋體運動分析1初速度拋射體的初始速度是影響其運動軌跡的關鍵因素。2重力加速度地球引力是導致拋體運動軌跡為拋物線的唯一原因。3空氣阻力空氣阻力會影響拋體的速度和運動方向，在實際應用中需要考慮。動量法解彈體運動問題1動量守恒定律系統(tǒng)動量守恒，可用于分析碰撞和爆炸等過程2動量定理物體動量變化量等于沖量，用于分析力與時間的關系3動量分析選擇合適的參考系，分析系統(tǒng)動量變化，并應用動量守恒定律動量法是解決彈體運動問題的常用方法之一，它利用動量守恒定律和動量定理來分析彈體運動過程。動量法可以應用于各種彈體運動問題，例如碰撞、爆炸、彈簧振動等。在使用動量法時，要選擇合適的參考系，并分析系統(tǒng)的動量變化，最后應用動量守恒定律或動量定理來求解問題。能量法解彈體運動問題能量守恒彈體運動過程中，機械能守恒，即動能和勢能之和保持不變。能量轉化彈體運動過程中，動能和勢能相互轉化，但總能量保持不變。應用利用能量守恒定律，可以求解彈體運動過程中速度、高度等物理量。簡單機械分析杠桿杠桿是一種常見的簡單機械，它可以放大力量或改變力的方向。杠桿由一個支點、一個施力點和一個阻力點組成。輪軸輪軸由一個輪子和一個軸組成，它們被固定在一起并繞著一個共同的軸心旋轉。輪軸可以用來放大力量或改變力的方向?；喕喪且环N簡單的機械，它可以用來改變力的方向或放大力量?；営梢粋€輪子和一個繩索組成，輪子繞著一個軸心旋轉，繩索繞著輪子旋轉。斜面斜面是一種簡單的機械，它可以用來將物體從一個高度移動到另一個高度，而不需要直接抬升物體。斜面由一個傾斜的表面組成。杠桿原理及應用杠桿原理力臂和力矩的相互關系開瓶器利用杠桿原理輕松開啟瓶蓋扳手增大力量，擰緊螺絲輪軸及滑輪應用輪軸是常見的簡單機械之一，廣泛用于各種機械設備。滑輪同樣是常用的簡單機械，可以改變力的方向，提高機械效率。通過輪軸和滑輪的組合，可以實現(xiàn)各種不同的機械功能，例如提升重物、傳遞動力等。斜面和斜滑架分析1斜面斜面是一種常見的簡單機械，可以用來改變力的方向和大小。2斜滑架斜滑架是一種用于提升物體的簡單機械，它利用斜面的原理，將重力轉化為推動物體向上運動的力。3應用斜面和斜滑架在日常生活和工程領域中都有廣泛的應用，例如：斜坡、樓梯、滑梯等。流體動力學基本概念流體壓力的概念，帕斯卡定律流體粘度的概念，牛頓流體和非牛頓流體流體流動的概念，層流和湍流流體流動的動力學分析1流體運動方程描述流體運動規(guī)律的數(shù)學表達式，用于分析流體速度、壓力和密度等參數(shù)的變化。2粘性力流體內(nèi)部由于摩擦產(chǎn)生的阻力，影響流體流動速度和方向。3邊界層流體與固體邊界之間形成的薄層，流體在此層內(nèi)速度梯度較大，粘性力顯著影響流動。流體靜力學分析壓強流體靜力學研究靜止流體中的壓力分布以及流體對物體產(chǎn)生的作用力。浮力浮力是浸沒在流體中的物體所受到的向上托力，其大小等于物體所排開流體的重量。阿基米德