《力學(xué)基礎(chǔ)原理》課件

《力學(xué)基礎(chǔ)原理》本課程將帶領(lǐng)您深入理解力學(xué)基礎(chǔ)原理，從物質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)到流體動(dòng)力學(xué)，涵蓋了物理學(xué)的重要組成部分。課程導(dǎo)言課程目標(biāo)掌握力學(xué)基本概念，了解力學(xué)定律，并能應(yīng)用于解決實(shí)際問題。課程內(nèi)容涵蓋了牛頓力學(xué)、能量守恒、動(dòng)量守恒、角動(dòng)量守恒、振動(dòng)和波、流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容。力學(xué)的基本概念力力是物體間相互作用的表現(xiàn)，可使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。質(zhì)量質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少，反映物體慣性大小。位移位移是物體在空間位置變化的量，方向由起點(diǎn)指向終點(diǎn)。速度速度是指物體位移變化快慢的量，方向與位移方向相同。物質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)1描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡和速度、加速度等參數(shù)。2包括勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、拋射運(yùn)動(dòng)等。3利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和圖形來分析和解決運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。牛頓三大定律牛頓第一定律慣性定律：物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非受到外力作用。牛頓第二定律加速度定律：物體加速度的大小與合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。牛頓第三定律作用力與反作用力定律：兩個(gè)物體間相互作用，作用力與反作用力大小相等，方向相反。慣性系和非慣性系慣性系相對(duì)靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系，牛頓定律在此參考系中成立。非慣性系做加速運(yùn)動(dòng)的參考系，牛頓定律不直接成立，需考慮慣性力。質(zhì)點(diǎn)的平衡1平衡條件合外力為零。2平衡狀態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。3平衡力的特點(diǎn)大小相等，方向相反。質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)分析1受力分析確定作用在物體上的所有力。2運(yùn)動(dòng)方程根據(jù)牛頓第二定律建立運(yùn)動(dòng)方程。3求解運(yùn)動(dòng)規(guī)律解運(yùn)動(dòng)方程，得到物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。剛體的平衡條件1合外力為零保證剛體整體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2合外力矩為零防止剛體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。剛體的動(dòng)力學(xué)分析轉(zhuǎn)動(dòng)慣量衡量剛體抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)變化的能力。角速度描述剛體轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量。角加速度描述剛體轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化快慢的物理量。能量守恒定律能量的形式動(dòng)能、勢(shì)能、熱能、光能、化學(xué)能等。能量守恒能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，總量保持不變。能量方法在平面運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用1計(jì)算物體在運(yùn)動(dòng)過程中的能量變化。2利用能量守恒定律求解物體在不同位置的速度和高度。3分析物體運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。功的概念和功率功力對(duì)物體所做的功，等于力的大小和物體在力方向上的位移的乘積。功率功率是指物體做功的快慢，等于功與時(shí)間的比值。動(dòng)量定律動(dòng)量物體質(zhì)量和速度的乘積，反映物體運(yùn)動(dòng)的慣性大小。動(dòng)量定律物體動(dòng)量的變化率等于它所受的合外力。動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律在一個(gè)不受外力或合外力為零的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。應(yīng)用應(yīng)用于爆炸、碰撞等問題，可用來分析物體運(yùn)動(dòng)前后的速度變化。碰撞問題的分析1彈性碰撞動(dòng)能守恒。2非彈性碰撞動(dòng)能不守恒，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量。3完全非彈性碰撞碰撞后兩物體粘在一起，動(dòng)能損失最大。角動(dòng)量定律角動(dòng)量反映物體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的物理量。角動(dòng)量定律物體角動(dòng)量的變化率等于它所受的合外力矩。角動(dòng)量守恒定律角動(dòng)量守恒定律在一個(gè)不受外力矩或合外力矩為零的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總角動(dòng)量保持不變。應(yīng)用應(yīng)用于天體運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)物體等，可解釋行星繞恒星的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、陀螺的穩(wěn)定性等。機(jī)械振動(dòng)的基本概念1周期性運(yùn)動(dòng)，物體在平衡位置附近來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2振幅：物體偏離平衡位置的最大距離。3周期：物體完成一次完整振動(dòng)所需要的時(shí)間。4頻率：物體每秒鐘完成的振動(dòng)次數(shù)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)特點(diǎn)回復(fù)力的大小與位移成正比，方向與位移方向相反。方程可用正弦或余弦函數(shù)來描述。例子彈簧振子、單擺等。阻尼振動(dòng)阻尼力阻礙物體振動(dòng)的力，如摩擦力、空氣阻力。特點(diǎn)振幅逐漸減小，振動(dòng)最終停止。應(yīng)用緩沖器、減震器等。受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)物體在周期性外力的作用下發(fā)生的振動(dòng)。共振當(dāng)外力的頻率接近物體的固有頻率時(shí)，振幅會(huì)顯著增大。流體靜力學(xué)基礎(chǔ)1流體具有流動(dòng)性的物質(zhì)。2壓強(qiáng)流體內(nèi)部任意一點(diǎn)受到的單位面積上的壓力。3阿基米德原理浸在流體中的物體受到的浮力大小等于物體排開流體的重量。流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1流體動(dòng)力學(xué)研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。2粘度流體抵抗流動(dòng)的性質(zhì)。3流線流體中任一點(diǎn)的速度方向線。伯努利方程及其應(yīng)用1伯努利方程描述流體運(yùn)動(dòng)中能量守恒定律的方程。2應(yīng)用解釋飛機(jī)升力、噴霧器工作原理、水管流速與壓強(qiáng)的關(guān)系等。湍流與層流湍流流體運(yùn)動(dòng)雜亂無章，速度和方向不斷變化。層流流體運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，速度和方向保持一致。管道流動(dòng)流速與壓力的關(guān)系管道中流速越大，壓強(qiáng)越低。雷諾數(shù)判斷流體流動(dòng)是層流還是湍流的無量綱參數(shù)。繞流與升力繞流流體繞過物體流動(dòng)的現(xiàn)象。升力流體繞過物體時(shí)產(chǎn)生的向上力，如飛