理论力学-动量定理
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什么是理论力学中的动量定理?在我们探索理论力学的广阔领域时,动量定理是一个关键且基础的概念。
它就像是一把神奇的钥匙,能够帮助我们理解和解决许多力学问题。
那到底什么是动量定理呢?简单来说,动量定理描述了物体所受合外力的冲量等于物体动量的增量。
这听起来可能有点抽象,让我们来逐步拆解和理解。
首先,我们要明白什么是动量。
动量可以被看作是物体运动的“冲击力”或者“动力”的一种度量。
它等于物体的质量乘以其速度。
比如,一辆高速行驶的大货车和一辆缓慢行驶的小汽车,即使小汽车的速度相对较慢,但如果大货车的质量很大且速度也不低,那么大货车的动量可能会比小汽车大得多。
接下来,我们说说冲量。
冲量是力在时间上的积累。
想象一下,你持续对一个物体施加一个力,随着时间的推移,这个力的作用效果就会逐渐积累起来,这就是冲量。
冲量等于力乘以作用的时间。
那么,动量定理到底有什么用呢?它的作用可大了!假设一个足球运动员踢球。
在踢球的那一瞬间,球员的脚对球施加了一个很大的力,这个力作用的时间虽然很短,但产生了一个冲量。
这个冲量使得足球的动量发生了改变,也就是让足球获得了速度,飞了出去。
再比如,一辆行驶中的汽车突然刹车。
刹车系统对车轮施加了摩擦力,这个摩擦力在刹车的时间内产生了冲量,使得汽车的动量逐渐减小,最终停下来。
动量定理在实际生活和工程中有着广泛的应用。
在碰撞问题中,比如汽车的碰撞测试,我们可以通过动量定理来分析碰撞过程中车辆和乘客的受力情况,从而设计更安全的汽车结构和安全装置。
在航天领域,火箭的推进也是基于动量定理。
火箭燃料燃烧产生的高温高压气体向后高速喷出,这相当于给火箭一个向前的冲量,从而推动火箭不断前进。
在体育运动中,运动员的动作技巧和力量运用也与动量定理密切相关。
例如,拳击运动员通过快速出拳,在短时间内施加较大的力,以产生较大的冲量,从而给对手造成更大的打击。
为了更深入地理解动量定理,我们还需要注意一些要点。
首先,动量是一个矢量,它的方向与速度的方向相同。
第十二章动量定理1质系动量的计算质系的动量或式中m为整个质系的质量;对于刚体系常用计算质系的动量,式中vCi为第i个刚体质心的速度。
2.质系动量定理质系动量定理建立了质系动量对于时间的变化率与外力系的主矢量之间的关系,即★质系动量的变化只决定于外力的主矢量而与内力无关。
★质系动量守恒定律:当作用于质系的外力系的主矢量,质系动量守恒,即=常矢量。
或外力系的主矢量在某一轴上的投影为零,则质系的动量在此轴上的投影守恒,如,则常量。
3.质心运动定理质系的质量与质心加速度的乘积等于外力系的主矢量。
即对于刚体系可表示为式中aCi表示第i个刚体质心的加速度。
4.变质量质点运动微分方程5.应用质系动量定理一般可解决质系动力学的两类问题一类是已知质系的运动,这里指的是用动量及其变化率或质心的加速度所表示的运动,求作用在质系上外力系中的未知约束力。
另一类是已知作用于在质系上的外力系或外力系在某一坐标轴上的投影,求质系的动量变化率或质心的加速度。
动量定理、动量矩定理、动能定理从不同的角度建立了质点系的运动变化与其受力之间的关系,称为质系的普遍定理。
质系动量定理建立了质系动量的变化率与作用于质系上外力系的主矢量之间的关系。
质系动量定理和质心运动定理也是流体动力学及变质量质系动力学的理论基础。
§12-1质系动量定理如图12-1所示质系由个质点组成,第i个质点的质量为,速度为vi,作用于质点上的外力记为,内力记为。
牛顿第二定律可表示为其中,称为质点的动量。
对于整个系统,求上述个方程的矢量和,得更换求和及求导次序,得式中(12-1)为质系内各质点动量的主矢量,称为质系的动量。
为外力的主矢量,为内力的主矢量,根据牛顿第三定律,内力总是大小相等、方向相反,成对的出现在质系内部,所以,于是得(12-2)上式称为质系动量定理,即:质系动量p对时间t的变化率等于作用在质系上外力系的主矢量,而与内力系无关。
在应用动量定理时,应取矢量式(12-2)的投影形式,如动量定理的直角坐标投影式为(12-3)强调说明两点:1、质系动量的变化只决定于外力的主矢量。