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文苑漫步:簡述動力學(xué)

2015-03-06 16:20  來自網(wǎng)絡(luò)  【  【打印】【我要糾錯】

動力學(xué)(dynamics)是研究物體機械運動與受力之間的關(guān)系的學(xué)科,力學(xué)的分支。自然界與工程中存在大量的動力學(xué)問題。研究動力學(xué)問題時,應(yīng)首先進行分析、簡化,抽象成物理模型,再建立動力學(xué)方程,即物理模型的受力與運動之間的關(guān)系。這個過程稱為動力學(xué)建模,簡稱建模。對有限多自由度的離散系統(tǒng),得到的是常微分方程;對無限多自由度的連續(xù)系統(tǒng),得到的是偏微分方程。動力學(xué)問題通常有兩種提法:①已知系統(tǒng)的運動規(guī)律,求作用于系統(tǒng)的力。②已知系統(tǒng)的受力,求系統(tǒng)的運動規(guī)律。有時也有兩者的混合提法。運動微分方程有時有解析解,但多數(shù)情況下它們是非線性的,只能求數(shù)值解。

牛頓是動力學(xué)的奠基者,他于1687年提出了運動的三大定律(見牛頓運動定律),其中第二定律建立了動力學(xué)方程,由此可推導(dǎo)出動力學(xué)的三大定理:動量定理、動量矩定理與動能定理,它們都是用來建模及進行運動特性分析的有力工具。牛頓的工作及后來L.歐拉關(guān)于剛體動力學(xué)的研究,構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的牛頓-歐拉體系,也是矢量力學(xué)的主要內(nèi)容。

動力學(xué)基本規(guī)律的另一種敘述方法稱為達朗貝爾原理,它可看成牛頓第二定律的演變。依據(jù)達朗貝爾原理建立起來的動靜法是解決工程問題的一種實用方法。

牛頓運動定律發(fā)表100年后,J.拉格朗日建立了受完整約束的非自由質(zhì)點系的動力學(xué)方程,稱為拉格朗日方程。拉格朗日及后來W.哈密頓等人的工作構(gòu)成了分析力學(xué)的主要內(nèi)容。如果說矢量力學(xué)以力作為核心概念,則分析力學(xué)將核心概念由力轉(zhuǎn)移到能量。在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi),以力為核心概念與以能量為核心概念是等價的;但在物理的其他領(lǐng)域,力與加速度的概念可能顯得沒有意義,而能量的概念卻無處不在。因此,分析力學(xué)成為由經(jīng)典力學(xué)過渡到現(xiàn)代物理的橋梁。

根據(jù)研究對象的不同,動力學(xué)通常包括質(zhì)點動力學(xué)、質(zhì)點系動力學(xué)、剛體動力學(xué)及動力學(xué)專門問題幾個部分。

責(zé)任編輯:Seazy
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