第一章 质点力学
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第一章 质点力学矿山升降机作加速度运动时,其变加速度可用下式表示:⎪⎭⎫ ⎝⎛-=T t c a 2sin1π 式中c 及T 为常数,试求运动开始t 秒后升降机的速度及其所走过的路程。
已知升降机的初速度为零。
解 :由题可知,变加速度表示为⎪⎭⎫ ⎝⎛-=T t c a 2sin1π 由加速度的微分形式我们可知dtdv a =代入得 dt T t c dv ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2sin 1π 对等式两边同时积分dt T t c dv t v⎰⎰⎪⎭⎫⎝⎛-=002sin 1π 可得 :D T t c T ct v ++=2cos 2ππ(D 为常数)代入初始条件:0=t 时,0=v , 故c T D π2-=即⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=12cos 2T t T t c v ππ 又因为dtds v =所以 =ds dt T t T t c ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+12cos 2ππ 对等式两边同时积分,可得:⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛-+=t T t T T t c s 2sin 22212πππ 直线FM 在一给定的椭圆平面内以匀角速ω绕其焦点F 转动。
求此直线与椭圆的焦点M 的速度。
已知以焦点为坐标原点的椭圆的极坐标方程为()θcos 112e e a r +-=式中a 为椭圆的半长轴,e 为偏心率,常数。
解:以焦点F 为坐标原点题1.8.1图则M 点坐标 ⎩⎨⎧==θθsin cos r y r x 对y x ,两式分别求导⎪⎩⎪⎨⎧+=-=θθθθθθcos sin sin cos r r yr r x 故()()22222cos sin sin cos θθθθθθ r r r r y xv ++-=+=222ωr r+= 如图所示的椭圆的极坐标表示法为()θcos 112e e a r +-=对r 求导可得(利用ωθ= ) 又因为()()221cos 111ea e e a r -+-=θ即 ()rer e a --=21cos θ所以()()2222222221211cos 1sin e r e ar r ea --+--=-=θθ故有 ()2222224222sin 1ωθωr e a r e v +-=()2224221e a r e -=ω()()]1211[2222222e r e ar r e a --+--22ωr +()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-⋅-=2222222221121e e ar r r e e a r ω()r r a b r -=2222ω即 ()r a r br v -=2ω(其中()b a e b ,1222-=为椭圆的半短轴)质点作平面运动,其速率保持为常数。
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第一章质点力学(1)笛卡尔坐标系 位置:k z j y i x ++=r速度:k z j y i x dtr d ...v ++== 加速度:k z j y i x dtv d ......a ++== (2)极坐标系坐标:j i e r θθsin cos += j i e θθθcos sin +-= r e r =r 速度:r r .v = .v θθr =加速度:2...θr r a r -= .....2θθθr r a += (3)自然坐标系(0>θd ) 坐标:ds r d e t =θd e d e t n = θρd ds = 速度:t e v v = 加速度:n t e v e v ρ2.a +=(4)相对运动(5)牛顿运动定律 牛顿第一定律:惯性定律 牛顿第二定律:)(a m v m P dtP d dt v d m F ==== 牛顿第三定律:2112F F -= (6)功、能量vF dt rd F dt dW P rFd dA ⋅=⋅=== (7)(7)有心力第二章 质点动力学的基本定理知识点总结: 质点动力学的基本方程质点动力学可分为两类基本问题:. (1) .已知质点的运动,求作用于质点的力; (2) 己知作用于质点的力,求质点的运动。
动量定理 动量:符号动量定理微分形式动量守恒定律:如果作用在质点系上的外力主失恒等于零,质点系的动量保持不变。
即:质心运动定理:质点对点O 的动量矩是矢量mv r J i ⨯= 质点系对点0的动量矩是矢量i ni nii i i v m r J J ∑∑=⨯==1若z 轴通过点0,则质点系对于z 轴的动量矩为∑==ni z z z J M J ][若C 为质点系的质心,对任一点O 有 c c c J mv r J +⨯=02. 动量矩定理∑∑=⨯=⨯=nie i i n i i i i M F r v m r dt d dt dJ )()( 动量矩守恒:合外力矢量和为零,则动量矩为常矢量。
《大学物理》学习指南《大学物理》是理工科及医学类学生的一门公共基础课,该课程内容多,课时少,建议学生课前预习,上课认真听讲,理解物理概念、掌握物理定理和定律,学会分析物理过程,课后适当做些习题,以巩固物理知识。
为了学生更好学好《大学物理》,给出了每章的基本要求及学习指导。
第一章 质点力学一、基本要求1.掌握描述质点运动状态的方法,掌握参照系、位移、速度、加速度、角速度和角加速度的概念。
2.掌握牛顿运动定律。
理解惯性系和非惯性系、保守力和非保守力的概念。
3.掌握动量守恒定律、动能定理、角动量守恒定律。
4.理解力、力矩、动量、动能、功、角动量的概念。
二、学习指导1.运动方程: r = r (t )=x (t )i +y (t )j +z (t )k 2.速度:平均速度 v =t ∆∆r 速度 v =t d d r平均速率 v =t ∆∆s 速率 dtdsv =3.加速度:平均加速度 a =t ∆∆v 加速度 a =t d d v =22d d tr4.圆周运动角速度t d d θω==Rv角加速度 t t d d d d 2θωβ== 切向加速度 βτR tva ==d d 法向加速度 a n =22ωR R v = 5.牛顿运动定律 牛顿第一定律:任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,直至其他物体所施的力迫使它改变这种运动状态为止.牛顿第二定律:物体受到作用力时所获加速度的大小与物体所受合外力的大小成正比,与物体质量成反比,加速度a 的方向与合外力F 的方向相同。
即dtPd a m F ρρρ==牛顿第三定律:力总是成对出现的。
当物体A 以力F 1作用于物体B 时,物体B 也必定以力F 2作用于物体A ,F 1和F 2总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上。
6.惯性系和非惯性系:牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。
牛顿运动定律不成立参考系称为非惯性系。
7.变力的功 )(dz F dy F dx F r d F W z y x ++=⋅=⎰⎰ρρ 保守力的功 pb pa p ab E E E W -=∆-= 8.动能定理 k k k E E E W ∆=-=129.功能原理 W 外+W 非保守内力=E -E 010.机械能守恒定律 ∆E k =-∆E p (条件W 外+W 非保守内力=0)11.冲量 ⎰=21t t dt F I ρρ12.动量定理 p v m v m I ρρρρ∆=-=12质点系的动量定理 p 系统末态-p 系统初态=∆p13.动量守恒定律 p =∑=n i 1p i =恒矢量 (条件 0=∑ii F ρ)14.力矩、角动量 F r M ρρρ⨯= P r L ρρρ⨯=15.角动量定理 1221L L dt M t t ρρρ-=⎰16.角动量守恒 恒矢量=∑i L ρ (条件0=∑ii M ρ第二章 刚体力学一、基本要求1.掌握描述刚体定轴转动运动状态的方法,掌握角速度和角加速度的概念。