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2015-03-06 16:20 來(lái)自網(wǎng)絡(luò ) 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
動(dòng)力學(xué)(dynamics)是研究物體機械運動(dòng)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(dòng)力學(xué)問(wèn)題。研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí),應首先進(jìn)行分析、簡(jiǎn)化,抽象成物理模型,再建立動(dòng)力學(xué)方程,即物理模型的受力與運動(dòng)之間的關(guān)系。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為動(dòng)力學(xué)建模,簡(jiǎn)稱(chēng)建模。對有限多自由度的離散系統,得到的是常微分方程;對無(wú)限多自由度的連續系統,得到的是偏微分方程。動(dòng)力學(xué)問(wèn)題通常有兩種提法:①已知系統的運動(dòng)規律,求作用于系統的力。②已知系統的受力,求系統的運動(dòng)規律。有時(shí)也有兩者的混合提法。運動(dòng)微分方程有時(shí)有解析解,但多數情況下它們是非線(xiàn)性的,只能求數值解。
牛頓是動(dòng)力學(xué)的奠基者,他于1687年提出了運動(dòng)的三大定律(見(jiàn)牛頓運動(dòng)定律),其中第二定律建立了動(dòng)力學(xué)方程,由此可推導出動(dòng)力學(xué)的三大定理:動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理與動(dòng)能定理,它們都是用來(lái)建模及進(jìn)行運動(dòng)特性分析的有力工具。牛頓的工作及后來(lái)L.歐拉關(guān)于剛體動(dòng)力學(xué)的研究,構成了經(jīng)典力學(xué)的牛頓-歐拉體系,也是矢量力學(xué)的主要內容。
動(dòng)力學(xué)基本規律的另一種敘述方法稱(chēng)為達朗貝爾原理,它可看成牛頓第二定律的演變。依據達朗貝爾原理建立起來(lái)的動(dòng)靜法是解決工程問(wèn)題的一種實(shí)用方法。
牛頓運動(dòng)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(diǎn)系的動(dòng)力學(xué)方程,稱(chēng)為拉格朗日方程。拉格朗日及后來(lái)W.哈密頓等人的工作構成了分析力學(xué)的主要內容。如果說(shuō)矢量力學(xué)以力作為核心概念,則分析力學(xué)將核心概念由力轉移到能量。在經(jīng)典力學(xué)范圍內,以力為核心概念與以能量為核心概念是等價(jià)的;但在物理的其他領(lǐng)域,力與加速度的概念可能顯得沒(méi)有意義,而能量的概念卻無(wú)處不在。因此,分析力學(xué)成為由經(jīng)典力學(xué)過(guò)渡到現代物理的橋梁。
根據研究對象的不同,動(dòng)力學(xué)通常包括質(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)及動(dòng)力學(xué)專(zhuān)門(mén)問(wèn)題幾個(gè)部分。
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