理论力学绪论1课件.ppt
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- 理论 力学 绪论 课件
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1、同学的心愿.能得一个高分!?老师的心愿.你们能得一个高分!?我们的心愿是共同共同的,关键在于平时的点点滴滴1.哈尔滨工业大学理论力学教研室编理论力学教材理论力学参考书 其它参考资料 一、理论力学的研究对象二、理论力学的任务及其研究内容三、理论力学的研究方法四、理论力学的发展史五、理论力学现代教学研究绪论绪论日常生活中的力学问题 理论力学各种问题自行车轮在运动过程呈何现象?知道直升飞机尾桨吗?筛子工作的力学原理,在北半球,由南向北流动的河流,为什么东岸冲刷的厉害?蛤蟆夯的动力学分析 四足朝天的猫翻身落地,冰上拔河,为什么现代跳高运动都采用背越式,当平台转动时,在平台上快速运动的皮带为什么会变形?
2、有人乘坐越高级的轿车为什么晕车越厉害?返回 机械运动:是物体在空间的位置随时间的变化。机械运动:是物体在空间的位置随时间的变化。一、理论力学的研究对象一、理论力学的研究对象理论力学:是研究物体机械运动一般规律的一门学科。理论力学:是研究物体机械运动一般规律的一门学科。返回返回各种不同的永动机返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回1.理论力学是一门理论性较强的技术基础课理论力学是一门理论性较强的技术基础课政治 专 业 课技 术 基 础 课基 础 课外语 二、理论力学的任务及其研究内容二、理论力学的任
3、务及其研究内容2.理论力学是很多专业课程的重要基础理论力学是很多专业课程的重要基础 例如:材料力学、机械原理、机械零件、结构力学、例如:材料力学、机械原理、机械零件、结构力学、弹性力学弹性力学、流体力学、流体力学、机械振动等一系列后续课程的重、机械振动等一系列后续课程的重要基础。要基础。3.理论力学的研究内容理论力学的研究内容绪 论力学的应用力学的应用航天工程航天工程核反应堆工程核反应堆工程航空工程航空工程石油工程石油工程机械工程机械工程电子工程电子工程土木工程土木工程计算机工程计算机工程水利工程水利工程其它工程其它工程 领域领域返回返回返回返回返回返回静力学:静力学:运动学:运动学:动力学:
4、动力学:研究物体在力系作用下的平衡规律,同时也研究力的一般性质和力系的简化方法等。研究物体运动的几何性质,而不研究引起物体运动的原因。研究受力物体的运动变化与作用力之间的关系。3.理论力学的研究内容理论力学的研究内容返回返回 绪 论 工程问题力学知识工程经验力学模型力学知识数学模型力学知识数学工具分析计算符合实际?结束是否三、理论力学的研究方法三、理论力学的研究方法返回返回 绪 论力学模型力学模型研究飞机的运研究飞机的运动轨迹问题时,动轨迹问题时,飞机可视为飞机可视为质质点点。返回返回 绪 论力学模型力学模型 研究卫星运动轨道问题时,研究卫星运动轨道问题时,卫星可视为卫星可视为质点质点;但研究
5、卫星姿态;但研究卫星姿态控制问题时,则要视为控制问题时,则要视为刚体刚体。返回返回 四、理论力学的发展史四、理论力学的发展史 返回返回 亚里斯多德亚里斯多德Aristotle,384B.C.Aristotle,384B.C.322B.C.322B.C.主要贡献主要贡献 亚里士多德是古代世界最伟大的哲学家和科学家,他创立了几乎丰富了每个哲学领域的形式逻辑学,对科学做出了许多贡献。倡导研究问题的理性主义方法。他的态度是人类生活和社会的每个方面都可以是思维和分析的合适对象:宇宙的运动是受理性定理所支配;人类应该对自然世界的每个方面都进行系统的研究;得出结论的过程中既要利用实验观察又要利用逻辑推理。这
6、一套方法与传统主义、迷信主义和神秘主义相对立,对西方文明有着深刻的影响。返回返回阿基米德阿基米德 Archimedes(公元前(公元前287年年-公元前公元前212年)年)古希腊著名学者,数学家、物理学家、发明家和军事工程师。阿基米德在科学的许多方面都有卓越的贡献。在力学方面的成就尤为突出,是公认的古代最伟大的力学家。主要贡献主要贡献 欧拉欧拉 Euler LonHard(-)瑞士数学家及自然科学家。欧拉是18世纪数学界最杰出的人物之一,他不但为数学界作出贡献,更把数学推至几乎整个物理的领域。伽利略像伽利略像Galileo(1564-1642)伟大的意大利物理学家和天文学家,现代科学之父。历史
7、上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识,扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。主要贡献主要贡献 牛顿牛顿Isaac Newton(16421727)大自然和他的规律大自然和他的规律隐匿在黑暗中隐匿在黑暗中上帝说:上帝说:“让牛顿出生吧让牛顿出生吧!”于是一切都光明了。于是一切都光明了。普柏普柏 那里雕像耸立着,那里雕像耸立着,是面容肃穆而沉默的牛顿是面容肃穆而沉默的牛顿这大理石标志的心灵这大理石标志的心灵在奇妙的思维之海上航行在奇妙的思维之海上航行永远,永远永远,永远 华滋华斯华滋华斯 主要贡献主要贡献 自然哲学的数学原理最早版本返回返回拉格朗日拉格朗日 La
8、grange(1736-1814)法国数学家、力学家及天文学家。只有18岁的他就以纯分析的方法发展了欧拉所开创的变分法,奠定变分法之理论基础。发表大量有关变分法、概率论、微分方程、弦振动及最小作用原理等论文。返回返回经典力学发展简史经典力学发展简史牛顿前牛顿前:最古老的学科最古老的学科;天工开物天工开物“;天文观察天文观察:历法历法;第谷第谷牛顿牛顿:宏观世界宏观世界 数量化的因果关系数量化的因果关系;机械唯物论试图解释一切事机械唯物论试图解释一切事物物现代现代:爱因斯坦爱因斯坦;牛顿力学的局限性牛顿力学的局限性;在适用范围内仍然有效在适用范围内仍然有效 新发展新发展:航天航天 多体多体 新材
9、料新材料.返回返回 五、理论力学现代教学研究五、理论力学现代教学研究CAI教学,多媒体教学等。返回返回学习要求考核办法(暂定)诀窍理解概念掌握方法灵活应用 返回返回1杠杆理论,认为:距支点距离较大的力容易移动重物杠杆理论,认为:距支点距离较大的力容易移动重物2认为:运动不是存在于事物之外,而是存在于事物之中认为:运动不是存在于事物之外,而是存在于事物之中3认为:认为:“体积相等的两个物体,较重的下落得较快。体积相等的两个物体,较重的下落得较快。”他他还说,物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。还说,物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。4他的思辨技巧和研究方法(尤其是它的分类思想)是西方他
10、的思辨技巧和研究方法(尤其是它的分类思想)是西方科学研究方法的源头。科学研究方法的源头。5对力的认识错误,成为教会教义的理论依据,压抑了人类对力的认识错误,成为教会教义的理论依据,压抑了人类的思想和科学创新的步伐达的思想和科学创新的步伐达2000年,成为中世纪黑暗的根年,成为中世纪黑暗的根源源1 他把杠杆端点的重物的运动分解为切向 运动和法向运动两部分。他称切向运动为合乎自然的运动,而把法向运动称为违反自然的运动。2 见亚里士多德的专著物理学返回返回现象:现象:自行车轮在运动过程呈何现象自行车轮在运动过程呈何现象?演示:演示:自行车轮在运动中自行车轮在运动中,为什么上半部轮辐模为什么上半部轮辐
11、模糊糊,下半部轮辐清晰下半部轮辐清晰.分析:分析:运动学知识告诉我们运动学知识告诉我们,当自行车轮在运动当自行车轮在运动中时中时,可作为刚体作平面运动来分析可作为刚体作平面运动来分析.车轮车轮在滚动过程中不打滑在滚动过程中不打滑,可作为纯滚动处理可作为纯滚动处理.车轮与地面接触点速度为零车轮与地面接触点速度为零,称为速度瞬称为速度瞬心心,以速度瞬心作车轮的速度分布图以速度瞬心作车轮的速度分布图(见右见右图图),可见车轮上半部速度大可见车轮上半部速度大,下半部轮速度下半部轮速度小小.速度大轮辐模糊速度大轮辐模糊,速度小轮辐清晰速度小轮辐清晰.返回返回现象:现象:知道直升飞机尾桨吗知道直升飞机尾桨
12、吗?演示:演示:直升飞机尾桨不工作时直升飞机尾桨不工作时,直升飞机会作直升飞机会作如何工作如何工作?分析:分析:我们看到当直升飞机主桨转动时我们看到当直升飞机主桨转动时,而尾而尾桨不转动桨不转动,直升飞机机身朝主桨转动的直升飞机机身朝主桨转动的反向转动反向转动.这是为什么呢这是为什么呢?如果我们在直如果我们在直升飞机的重心上建立垂直轴升飞机的重心上建立垂直轴ZC.根据对根据对质心质心ZC轴的动量矩定理知道轴的动量矩定理知道,此动量矩此动量矩守恒守恒,直升飞机主桨转动时直升飞机主桨转动时,机身必朝机身必朝反向转动反向转动,而当尾桨转动时会产生推力而当尾桨转动时会产生推力,控制机身的转动控制机身的
13、转动.这就是尾桨的工作功这就是尾桨的工作功能之一能之一.返回返回现象:现象:知道图示筛子工作的力学原理吗知道图示筛子工作的力学原理吗?演示:演示:当筛子工作时当筛子工作时,筛子里的颗粒如何相对筛子里的颗粒如何相对筛子运动筛子运动?分析:分析:由运动学知识分析此筛子作圆周平动由运动学知识分析此筛子作圆周平动,筛子上各点的速度筛子上各点的速度,加速度相同加速度相同.而动力而动力学知识告诉我们由加速度引起的各颗学知识告诉我们由加速度引起的各颗粒的惯性力相同粒的惯性力相同.当惯性力大于阻碍颗当惯性力大于阻碍颗粒运动的摩擦力时粒运动的摩擦力时,颗粒相对筛子运动颗粒相对筛子运动,这就是筛子工作的力学原理这
14、就是筛子工作的力学原理.返回返回现象:现象:在北半球,由南向北流动的河在北半球,由南向北流动的河流,为什么东岸冲刷的厉害?流,为什么东岸冲刷的厉害?演示:演示:流动的河流及哥氏惯性力流动的河流及哥氏惯性力 分析:分析:由于水质点沿经线方向作相对由于水质点沿经线方向作相对运动,哥氏惯性力垂直于子午运动,哥氏惯性力垂直于子午面,河流中的其他水质点都存面,河流中的其他水质点都存在同一情况。因此,河水流动在同一情况。因此,河水流动偏向东岸,所以东岸冲刷的比偏向东岸,所以东岸冲刷的比较厉害。较厉害。返回返回现象:现象:蛤蟆夯的动力学分析蛤蟆夯的动力学分析 演示:演示:蛤蟆夯的运动蛤蟆夯的运动 分析:分析
15、:蛤蟆夯是建筑工地上用来夯实地面的蛤蟆夯是建筑工地上用来夯实地面的一种小型施工机械,它在旋转的飞轮一种小型施工机械,它在旋转的飞轮上设置偏心块,转到最高位置时带动上设置偏心块,转到最高位置时带动夯体跳起,然后向前落下,这样不断夯体跳起,然后向前落下,这样不断的跳起再落下,从而将地面夯实。从的跳起再落下,从而将地面夯实。从力学分析,偏心块转到最高位时的惯力学分析,偏心块转到最高位时的惯性力大于夯体及飞轮重量就可带动夯性力大于夯体及飞轮重量就可带动夯体起跳,而且象哈蟆一样向前跳动。体起跳,而且象哈蟆一样向前跳动。(能不能分析哈蟆夯为什么不会向后(能不能分析哈蟆夯为什么不会向后跳动)。跳动)。返回返
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