工學(xué)請(qǐng)華大學(xué)物理課件-牛頓力學(xué)

牛頓力學(xué)牛頓力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的重要基礎(chǔ)，它建立了物體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，為我們理解自然界提供了重要的理論框架。物理學(xué)的發(fā)展歷程古代文明古希臘哲學(xué)家對(duì)自然現(xiàn)象的思考奠定了物理學(xué)的基礎(chǔ)。例如，亞里士多德提出了物體運(yùn)動(dòng)的理論。近代科學(xué)革命16世紀(jì)至18世紀(jì)的科學(xué)革命，伽利略、開普勒、牛頓等人的研究成果推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展。牛頓三大定律1慣性定律物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)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其所受合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。3作用與反作用定律兩個(gè)物體相互作用時(shí)，彼此施加的力大小相等，方向相反。第一定律：慣性定律例如，一輛靜止的汽車，除非有人推它，否則它將永遠(yuǎn)保持靜止?fàn)顟B(tài)。這是慣性定律的體現(xiàn)。第二定律：力的定義力的定義力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，它是矢量，具有大小和方向。公式F=ma，其中F代表力，m代表質(zhì)量，a代表加速度。質(zhì)量和重力質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少，而重力是由于地球引力作用于物體的力。在地球表面，重力加速度約為9.8m/s2。作用力與反作用力當(dāng)兩個(gè)人互相推時(shí)，他們都受到對(duì)方施加的力。這兩個(gè)力大小相等，方向相反，這就是作用與反作用力定律。動(dòng)量及其守恒定律動(dòng)量是物體質(zhì)量和速度的乘積。在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，動(dòng)量保持不變，即動(dòng)量守恒。力做功及機(jī)械能力做功是指力在物體位移方向上所做的功。機(jī)械能是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置狀態(tài)的能量，包括動(dòng)能和勢(shì)能。勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)是指物體以恒定的速度沿著圓周運(yùn)動(dòng)。在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，物體的速度方向不斷改變，因此它具有加速度。重力作用下的運(yùn)動(dòng)重力作用下的運(yùn)動(dòng)是指物體在重力作用下發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，例如自由落體運(yùn)動(dòng)、斜面運(yùn)動(dòng)等。拋物線運(yùn)動(dòng)拋物線運(yùn)動(dòng)是指物體在重力作用下，以一定的速度和角度拋出后所做的運(yùn)動(dòng)。拋物線運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)拋物線。自由落體運(yùn)動(dòng)自由落體運(yùn)動(dòng)是指物體只受重力作用而發(fā)生的運(yùn)動(dòng)。在真空中，所有物體自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度都相同，約為9.8m/s2。物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)可以分解為平行于斜面和垂直于斜面的兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。平行于斜面的運(yùn)動(dòng)受重力的分力和摩擦力的影響。彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)彈簧系統(tǒng)是指彈簧與質(zhì)量塊組成的系統(tǒng)。當(dāng)彈簧被壓縮或拉伸時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)力，導(dǎo)致質(zhì)量塊發(fā)生振動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)是一種特殊的振動(dòng)，其振動(dòng)曲線為正弦或余弦函數(shù)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有固定的周期和頻率。力學(xué)能的守恒在一個(gè)保守力場(chǎng)中，物體的動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變，即力學(xué)能守恒。例如，滑梯上滑下的孩子，其動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變。摩擦力及其作用摩擦力是兩個(gè)物體接觸時(shí)，由于表面粗糙而產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。摩擦力分為靜摩擦力和動(dòng)摩擦力。角動(dòng)量及其守恒角動(dòng)量是物體繞某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)量。在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，角動(dòng)量保持不變，即角動(dòng)量守恒。例如，旋轉(zhuǎn)的陀螺在沒有受到外力的影響時(shí)，其角動(dòng)量保持不變。慣性力及離心力慣性力是由于物體受到非慣性系運(yùn)動(dòng)的影響而產(chǎn)生的假想力。離心力是物體在圓周運(yùn)動(dòng)中，由于慣性而產(chǎn)生的指向圓心外的力。萬有引力定律萬有引力定律指出，宇宙中任何兩個(gè)物體之間都存在引力，引力的大小與它們的質(zhì)量成正比，與它們之間距離的平方成反比。重力場(chǎng)中的勢(shì)能重力場(chǎng)中的勢(shì)能是指物體由于在重力場(chǎng)中的位置而具有的能量。例如，山頂上的石頭具有勢(shì)能，當(dāng)它滾下山時(shí)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。非慣性系中的牛頓定律在非慣性系中，牛頓定律需要進(jìn)行修正。例如，在地球上，由于地球的自轉(zhuǎn)，牛頓定律需要考慮科里奧利力的影響。洛倫茲力及洛倫茲變換洛倫茲力是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的力。洛倫茲變換是描述不同慣性系之間時(shí)間和空間關(guān)系的變換公式。牛頓經(jīng)典力學(xué)的極限牛頓經(jīng)典力學(xué)在微觀世界和高速運(yùn)動(dòng)情況下失效。例如，在原子尺度上，量子力學(xué)更為適用；在接近光速的情況下，相對(duì)論更為適用。相對(duì)論運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)論運(yùn)動(dòng)學(xué)是愛因斯坦創(chuàng)立的理論，它描述了高速運(yùn)動(dòng)下的時(shí)間和空間關(guān)系，以及質(zhì)量和能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。相對(duì)論動(dòng)力學(xué)相對(duì)論動(dòng)力學(xué)是描述高速運(yùn)動(dòng)下的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，它解釋了核能、原子彈等現(xiàn)象。量子力學(xué)的基本框架量子力學(xué)是描述微觀世界規(guī)律的理論，它引入了一