理论力学质点动力学教学详解
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4、非惯性系中质点的动能定理惯性参考系中的动能定理只适用于惯性系。
在非惯性参考系中,由于质点的运动微分方程中含有惯性力,因此需要重新推导动能定理。
质点的相对运动动力学基本方程为r d d m t=++Ie IC v F F F 式中e C r2m m m =-=-=-´Ie IC F a F a ωv ,r d d tv 是对时间t 的相对导数r v 上式两端点乘相对位移d ¢r r d d d d d d m t¢¢¢¢×=×+×+×Ie IC v r F r F r F r 注意到,并且科氏惯性力垂直于相对速度,所以IC F r v d 0¢×=IC F r d d r t¢=r v 上式变为:r r d d d m ¢¢×=×+×Ie v v F r F r δW ¢Ie—表示牵连惯性力F Ie 在质点的相对位移上的元功。
δF W ¢—表示力F 在质点的相对位移上的元功。
则有:2r 1d()δδ2F mv W W ¢¢=+Ie 质点在非惯性系中相对动能的增量等于作用于质点上的力与牵连惯性力在相对运动中所作的元功之和。
——质点相对运动动能定理(微分形式)4、非惯性系中质点的动能定理积分上式得22r r01122F mv mv W W ¢¢-=+Ie ——质点相对运动动能定理(积分形式)质点在非惯性系中相对动能的变化等于作用于质点上的力与牵连惯性力在相对路程上所作功的和。
注意:因为在非惯性系中科式惯性力始终垂直于相对速度,因此在相对运动中科式惯性力始终不做功。
例4 已知:一平板与水平面成θ角,板上有一质量为m 的小球,如图所示,若不计摩擦等阻力。
求: (1)平板以多大加速度向右平移时,小球能保持相对静止?(2)若平板又以这个加速度的两倍向右平移时,小球应沿板向上运动。
第六章 质点动力学6-1 惯性参考系中的质点动力学一.惯性参考系1.一般工程问题:2.人造卫星、洲际导弹问题:3.天体运动问题:二.牛顿定律1.第一定律(惯性定律):2.第二定律(力与加速度之间的关系定律):3.第三定律(作用与反作用定律):三.质点的运动微分方程 将动力学基本方程)(F a m =表示为微分形式的方程,称为质点的运动微分方程。
1.矢量形式(自:会使用微分形式)) )( ( 22方程为质点矢径形式的运动式中t r r F dtr d m == 2.直角坐标形式) )()()( ( 222222运动方程为质点直角坐标形式的式中⎪⎩⎪⎨⎧===⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===t z z t y y t x x Z dty d m Y dt y d m X dt x d m 3.自然形式b n F F v m F dt s d m ===0222ρτ ), ,,)((轴上的投影轴和轴自然轴系在分别为力运动方程。
为质点的弧坐标形式的式中b n F F F F t s s b n ττ= 四.质点动力学的两类基本问题1.已知质点的运动规律,求作用于质点上的力;----求微分问题。
2.已知质点上所受的力,求质点的运动规律。
----按质点运动的初始条件和力的函数关系对运动微分方程进行求解,从数学角度看,是解微分方程或求积分,并确定相应的积分常数的问题。
第一类问题解题步骤和要点:①正确选择研究对象(一般选择联系已知量和待求量的质点)。
②正确进行受力分析,画出受力图(应在一般位置上进行分析)。
③正确进行运动分析(分析质点运动的特征量)。
④选择并列出适当形式的质点运动微分方程(建立坐标系)。
⑤求解未知量。
2.第二类:已知作用在质点上的力,求质点的运动(积分问题)已知的作用力可能是常力, 也可能是变力。
变力可能是时间、位置、速度或者同时是上述几种变量的函数。
如力是常量或是时间及速度函数时,可直接分离变量积分dt dv 。