质点运动微分方程 (I).ppt

第三篇 动力学,引 言,回顾,静力学研究物体在力系作用下的平衡规律及力系的简化；,运动学从几何观点研究物体的运动，而不涉及物体所受的力；,动力学研究物体的机械运动与作用力之间的关系。,动力学就是从因果关系上论述物体的机械运动。是理论力学中最具普遍意义的部分，静力学、运动学则是动力学的特殊情况。,工程实际中的动力学问题,若已知初速度、一定的时间间隔后飞离甲板时的速度，则需要弹射器施加多大推力，或者确定需要多长的跑道。,若已知推力和跑道可能长度，则需要多大的初速度和一定的时间隔后才能达到飞离甲板时的速度。,舰载飞机在发动机和弹射器推力 作用下从甲板上起飞,载人飞船的交会与对接,工程实际中的动力学问题,航空航天器的姿态控制,工程实际中的动力学问题,高速列车的振动问题,工程实际中的动力学问题,低速、宏观物体的机械运动的普遍规律。,动力学的研究对象：,动力学的基础：,简称牛顿定律或动力学基本定律。,牛顿定律的适用范围：（1）不适于微观物体；（2）物体的运动速度不能太大。,牛顿的运动三定律,动力学分为质点动力学和质点系动力学：质点：具有一定质量而几何形状和大小可以忽略不计的物体。质点系：由几个或无限个相互有联系的质点所组成的系统。质点系可分为不变质点系（如单个刚体）和可变质点系（如刚体系统）本课程重点放在质点系动力学。,牛 顿,牛顿(S.I.Newton 1662 1727)是伟大的英国科学家。牛顿在光学上的主要贡献是发现了太阳光是由7种不同颜色的光合成的，他提出了光的微粒说。牛顿在数学上的主要贡献是与莱布尼兹各自独立地发明了微积分，给出了二项式定理。牛顿在力学上最重要的贡献，也是牛顿对整个自然科学的最重要贡献是他的巨著自然哲学的数学原理。这本书出版于1687年，书中提出了万有引力理论并且系统总结了前人对动力学的研究成果，后人将这本书所总结的经典力学系统称为牛顿力学。,解决动力学两类基本问题的途径：,直接应用牛顿定律建立质点的运动微分方程；从牛顿定律出发，通过数学演绎，推导动力学的普遍定理。包括动量定理、动量矩定理和动能定理。综合应用动力学普遍定理；应用达朗伯定理。,应用动力学普遍方程和拉格朗日方程。,牛顿力学,分析力学,动力学的主要任务（解决的基本问题）：,第一类：已知物体的运动规律，求作用在此物体上的力；,第二类：已知作用在物体上的力求此物体产生什么样的运动。,第十章 质点动力学的基本方程,10-1 动力学的基本定律,10-2 质点的运动微分方程,10-3 质点动力学的两类基本问题,第一定律（惯性定律）,10-1 动力学的基本定律,不受力作用的质点，将保持静止或作匀速直线运动。,本定律揭示了一切物体均有保持静止或作匀速直线运动 的性质，即惯性。,说明：,匀速直线运动称为惯性运动。,明确了力是改变（而不是维持！）物体运动的原因。,第二定律（力与加速度之间的关系的定律）,质点的质量与加速度的乘积，等于作用于质点的力的大小，加速度的方向与力的方向相同。,即,此式建立了质点的加速度、质量与作用力之间 的定量关系。,质量是质点惯性的度量。,说明：,在地球表面，物体受重力作用，有,P=mg,式中，g 重力加速度，一般取 g=9.80 m/s2。,质量和重量区别？,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。,动力学基本定律说明：,（1）牛顿三定律适用的坐标系称为惯性坐标系。,工程问题中，取固于地面或相对于地面作匀速直线运动的坐标系为惯性坐标系，,（2）以牛顿三定律为基础的力学称为古典力学。,10-2 质点的运动微分方程,根据牛顿第二定律，若质点M的质量为m，受n个力F1,F2,.,Fn作用，,则有,或,而,则,矢量形式的质点运动微分方程,1.质点运动微分方程在直角坐标轴上的投影,直角坐标形式的质点运动微分方程,2.质点运动微分方程在自然轴上的投影,(),(),在质点M的运动轨迹上建立自然轴系Mbn，,根据点的运动学知，质点的加速度在运动轨迹的密切面内，即,所以作用在该质点上力系的合力也应该在此密切面内，,则,自然轴系的质点运动微分方程,