什么是動(dòng)力學(xué)_有哪些內(nèi)容
什么是動(dòng)力學(xué)_有哪些內(nèi)容
動(dòng)力學(xué)是理論力學(xué)的分支學(xué)科，研究作用于物體的力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。那么你對(duì)動(dòng)力學(xué)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
動(dòng)力學(xué)的概述
動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象是運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體。原子和亞原子粒子的動(dòng)力學(xué)研究屬于量子力學(xué)，可以比擬光速的高速運(yùn)動(dòng)的研究則屬于相對(duì)論力學(xué)。動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)，也是許多工程學(xué)科的基礎(chǔ)。許多數(shù)學(xué)上的進(jìn)展常與解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有關(guān)，所以數(shù)學(xué)家對(duì)動(dòng)力學(xué)有濃厚的興趣。
動(dòng)力學(xué)的研究以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ);牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立則以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)。動(dòng)力學(xué)是牛頓力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)的一部分，但自20世紀(jì)以來(lái)，動(dòng)力學(xué)又常被人們理解為側(cè)重于工程技術(shù)應(yīng)用方面的一個(gè)力學(xué)分支。
動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容包括質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)、剛體動(dòng)力學(xué)，達(dá)朗伯原理等。以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展出來(lái)的應(yīng)用學(xué)科有天體力學(xué)、振動(dòng)理論、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論、陀螺力學(xué)、外彈道學(xué)、變質(zhì)量力學(xué)以及正在發(fā)展中的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等(見(jiàn)振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，變質(zhì)量體運(yùn)動(dòng)，多剛體系統(tǒng))。
質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)有兩類基本問(wèn)題:一是已知貭點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，求作用于質(zhì)點(diǎn)上的力，二是已知作用于質(zhì)點(diǎn)上的力，求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，求解第一類問(wèn)題時(shí)只要對(duì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程取二階導(dǎo)數(shù)，得到質(zhì)點(diǎn)的加速度，代入牛頓第二定律，即可求得力;求解第二類問(wèn)題時(shí)需要求解質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程或求積分。所謂質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程就是把運(yùn)動(dòng)第二定律寫(xiě)為包含質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的方程。
動(dòng)力學(xué)普遍定理是質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)的基本定理，它包括動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理以及由這三個(gè)基本定理推導(dǎo)出來(lái)的其他一些定理。動(dòng)量、動(dòng)量矩和動(dòng)能(見(jiàn)能)是描述質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體運(yùn)動(dòng)的基本物理量。作用于力學(xué)模型上的力或力矩與這些物理量之間的關(guān)系構(gòu)成了動(dòng)力學(xué)普遍定理。二體問(wèn)題和三體問(wèn)題是質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)中的經(jīng)典問(wèn)題。
剛體區(qū)別于其他質(zhì)點(diǎn)系的特點(diǎn)是其質(zhì)點(diǎn)之間距離的不變性。推述剛體姿態(tài)的經(jīng)典方法是用三個(gè)獨(dú)立的歐拉角。歐拉動(dòng)力學(xué)方程是剛體動(dòng)力學(xué)的基本方程，剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)則是動(dòng)力學(xué)中的經(jīng)典理論。陀螺力學(xué)的形成說(shuō)明剛體動(dòng)力學(xué)在工程技術(shù)中的應(yīng)用具有重要意義。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是20世紀(jì)60年代以來(lái)由于新技術(shù)發(fā)展而形成的新分支，其研究方法與經(jīng)典理論的研究方法已有所不同。
動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容
動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容包括質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)、剛體動(dòng)力學(xué)、達(dá)朗貝爾原理等。以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展出來(lái)的應(yīng)用學(xué)科有天體力學(xué)、振動(dòng)理論、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論，陀螺力學(xué)、外彈道學(xué)、變質(zhì)量力學(xué)，以及正在發(fā)展中的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、晶體動(dòng)力學(xué)等。
兩個(gè)抽象模型
質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系。質(zhì)點(diǎn)是具有一定質(zhì)量而幾何形狀和尺寸大小可以忽略不計(jì)的物體。
兩類基本內(nèi)容
質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)有兩類基本問(wèn)題：一是已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，求作用于質(zhì)點(diǎn)上的力;二是已知作用于質(zhì)點(diǎn)上的力，求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。求解第一類問(wèn)題時(shí)只要對(duì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程取二階導(dǎo)數(shù)，得到質(zhì)點(diǎn)的加速度，代入牛頓第二定律，即可求得力;求解第二類問(wèn)題時(shí)需要求解質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程或求積分。
動(dòng)力學(xué)普遍定理
動(dòng)力學(xué)普遍定理是質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)的基本定理，它包括動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理以及由這三個(gè)基本定理推導(dǎo)出來(lái)的其他一些定理。動(dòng)量、動(dòng)量矩和動(dòng)能是描述質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體運(yùn)動(dòng)的基本物理量。作用于力學(xué)模型上的力或力矩，與這些物理量之間的關(guān)系構(gòu)成了動(dòng)力學(xué)普遍定理。
剛體
剛體的特點(diǎn)是其質(zhì)點(diǎn)之間距離的不變性。歐拉動(dòng)力學(xué)方程是剛體動(dòng)力學(xué)的基本方程，剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)則是動(dòng)力學(xué)中的經(jīng)典理論。陀螺力學(xué)的形成說(shuō)明剛體動(dòng)力學(xué)在工程技術(shù)中的應(yīng)用具有重要意義。多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是20世紀(jì)60年代以來(lái)，由于新技術(shù)發(fā)展而形成的新分支，其研究方法與經(jīng)典理論的研究方法有所不同。
達(dá)朗貝爾原理
達(dá)朗貝爾原理是研究非自由質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力學(xué)的一個(gè)普遍而有效的方法。這種方法是在牛頓運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)上引入慣性力的概念，從而用靜力學(xué)中研究平衡問(wèn)題的方法來(lái)研究動(dòng)力學(xué)中不平衡的問(wèn)題，所以又稱為動(dòng)靜法。
動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用
對(duì)動(dòng)力學(xué)的研究使人們掌握了物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并能夠?yàn)槿祟愡M(jìn)行更好的服務(wù)。例如，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，解釋了開(kāi)普勒定律，為近代星際航行，發(fā)射飛行器考察月球、火星、金星等等開(kāi)辟了道路。
自20世紀(jì)初相對(duì)論問(wèn)世以后，牛頓力學(xué)的時(shí)空概念和其他一些力學(xué)量的基本概念有了重大改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說(shuō)明：當(dāng)物體速度接近于光速時(shí)，經(jīng)典動(dòng)力學(xué)就完全不適用了。但是，在工程等實(shí)際問(wèn)題中，所接觸到的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)速度都遠(yuǎn)小于光速，用牛頓力學(xué)進(jìn)行研究不但足夠精確，而且遠(yuǎn)比相對(duì)論計(jì)算簡(jiǎn)單。因此，經(jīng)典動(dòng)力學(xué)仍是解決實(shí)際工程問(wèn)題的基礎(chǔ)。
在目前所研究的力學(xué)系統(tǒng)中，需要考慮的因素逐漸增多，例如，變質(zhì)量、非整、非線性、非保守還加上反饋控制、隨機(jī)因素等，使運(yùn)動(dòng)微分方程越來(lái)越復(fù)雜，可正確求解的問(wèn)題越來(lái)越少，許多動(dòng)力學(xué)問(wèn)題都需要用數(shù)值計(jì)算法近似地求解，微型、高速、大容量的電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，解決了計(jì)算復(fù)雜的困難。
目前動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的研究領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，例如增加熱和電等成為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué);增加生命系統(tǒng)的活動(dòng)成為生物動(dòng)力學(xué)等，這都使得動(dòng)力學(xué)在深度和廣度兩個(gè)方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。
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