什么是動力學(xué)_有哪些內(nèi)容
什么是動力學(xué)_有哪些內(nèi)容
動力學(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)動的關(guān)系。那么你對動力學(xué)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是動力學(xué)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
動力學(xué)的概述
動力學(xué)的研究對象是運(yùn)動速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體。原子和亞原子粒子的動力學(xué)研究屬于量子力學(xué)，可以比擬光速的高速運(yùn)動的研究則屬于相對論力學(xué)。動力學(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)展常與解決動力學(xué)問題有關(guān)，所以數(shù)學(xué)家對動力學(xué)有濃厚的興趣。
動力學(xué)的研究以牛頓運(yùn)動定律為基礎(chǔ);牛頓運(yùn)動定律的建立則以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)。動力學(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，動力學(xué)又常被人們理解為側(cè)重于工程技術(shù)應(yīng)用方面的一個力學(xué)分支。
動力學(xué)的基本內(nèi)容包括質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系動力學(xué)、剛體動力學(xué)，達(dá)朗伯原理等。以動力學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展出來的應(yīng)用學(xué)科有天體力學(xué)、振動理論、運(yùn)動穩(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)動力學(xué)等(見振動，運(yùn)動穩(wěn)定性，變質(zhì)量體運(yùn)動，多剛體系統(tǒng))。
質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)有兩類基本問題:一是已知貭點(diǎn)的運(yùn)動，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，求解第一類問題時只要對質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程取二階導(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;求解第二類問題時需要求解質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動微分方程或求積分。所謂質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動微分方程就是把運(yùn)動第二定律寫為包含質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)對時間的導(dǎo)數(shù)的方程。
動力學(xué)普遍定理是質(zhì)點(diǎn)系動力學(xué)的基本定理，它包括動量定理、動量矩定理、動能定理以及由這三個基本定理推導(dǎo)出來的其他一些定理。動量、動量矩和動能(見能)是描述質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體運(yùn)動的基本物理量。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)成了動力學(xué)普遍定理。二體問題和三體問題是質(zhì)點(diǎn)系動力學(xué)中的經(jīng)典問題。
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)典方法是用三個獨(dú)立的歐拉角。歐拉動力學(xué)方程是剛體動力學(xué)的基本方程，剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動動力學(xué)則是動力學(xué)中的經(jīng)典理論。陀螺力學(xué)的形成說明剛體動力學(xué)在工程技術(shù)中的應(yīng)用具有重要意義。多剛體系統(tǒng)動力學(xué)是20世紀(jì)60年代以來由于新技術(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。
動力學(xué)的內(nèi)容
動力學(xué)的基本內(nèi)容包括質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系動力學(xué)、剛體動力學(xué)、達(dá)朗貝爾原理等。以動力學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展出來的應(yīng)用學(xué)科有天體力學(xué)、振動理論、運(yùn)動穩(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)動力學(xué)、晶體動力學(xué)等。
兩個抽象模型
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的物體。
兩類基本內(nèi)容
質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)有兩類基本問題：一是已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，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。求解第一類問題時只要對質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程取二階導(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;求解第二類問題時需要求解質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動微分方程或求積分。
動力學(xué)普遍定理
動力學(xué)普遍定理是質(zhì)點(diǎn)系動力學(xué)的基本定理，它包括動量定理、動量矩定理、動能定理以及由這三個基本定理推導(dǎo)出來的其他一些定理。動量、動量矩和動能是描述質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系和剛體運(yùn)動的基本物理量。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。歐拉動力學(xué)方程是剛體動力學(xué)的基本方程，剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動動力學(xué)則是動力學(xué)中的經(jīng)典理論。陀螺力學(xué)的形成說明剛體動力學(xué)在工程技術(shù)中的應(yīng)用具有重要意義。多剛體系統(tǒng)動力學(xué)是20世紀(jì)60年代以來，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)系動力學(xué)的一個普遍而有效的方法。這種方法是在牛頓運(yùn)動定律的基礎(chǔ)上引入慣性力的概念，從而用靜力學(xué)中研究平衡問題的方法來研究動力學(xué)中不平衡的問題，所以又稱為動靜法。
動力學(xué)的應(yīng)用
對動力學(xué)的研究使人們掌握了物體的運(yùn)動規(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)了萬有引力定律，解釋了開普勒定律，為近代星際航行，發(fā)射飛行器考察月球、火星、金星等等開辟了道路。
自20世紀(jì)初相對論問世以后，牛頓力學(xué)的時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)果也說明：當(dāng)物體速度接近于光速時，經(jīng)典動力學(xué)就完全不適用了。但是，在工程等實(shí)際問題中，所接觸到的宏觀物體的運(yùn)動速度都遠(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)比相對論計算簡單。因此，經(jīng)典動力學(xué)仍是解決實(shí)際工程問題的基礎(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)動微分方程越來越復(fù)雜，可正確求解的問題越來越少，許多動力學(xué)問題都需要用數(shù)值計算法近似地求解，微型、高速、大容量的電子計算機(jī)的應(yīng)用，解決了計算復(fù)雜的困難。
目前動力學(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)動力學(xué);增加生命系統(tǒng)的活動成為生物動力學(xué)等，這都使得動力學(xué)在深度和廣度兩個方面有了進(jìn)一步的發(fā)展。
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