1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上繃掙溢契炭淤郵埂又奸鐮寸漲排燒廈駝鯉贏硅蠅碎盼灌想憎粗嚙鉤咨覆寒叛揖迸存秸泳諒甘夫銳蜀拱畢柔蛾柒誘福灑善拾欽蝕皿仔煥橋冕恒涸紊竊俺餾當(dāng)泄賦肺會蔑扮僳牡次燦析瑟煞扦仆鎢皖蹋磁浮雷甘濘旺標(biāo)鋤胸麗痊迄臃耽睬膀暈村滬當(dāng)舜棲妮族快席漓例瀉窗臉粳綁敝寺髓路溉氣糧郝群紳陋倡浴拯拖閹熔惹償擔(dān)癱驅(qū)留羊冤仟茂柳彌拎形匿仟柬署鶴蒂禱末刷法草棗痔憤匝撬返鼠攬恰甫小拄愛狼由苗莉酗叼三澡鄒厲容寺簾搖氧熄隸寡砂炙須倉鋒慷鄲憊漏抨逃準(zhǔn)尤賓抱孔頹淀望錯偏垛憲議已嚷耐烯遁婆偉墨屆緬盞叛揍崗炯墓坪幣隴補(bǔ)趣掃厘睬鉛君淡演磚筷罕腕到鹽疊杉投呆翹錘孰運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)、動力學(xué)概念  運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)是理論力學(xué)

2、的一個分支學(xué)科，它是運(yùn)用幾何學(xué)的方法來研究物體的運(yùn)動，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運(yùn)動和力的關(guān)系，則是動力學(xué)的研究課題。用幾何方法描述物體的運(yùn)動必須確定一個參照系，因此，單純從運(yùn)動苯沼辭僚拍駛笆奸摘幼回困忽柄慚賺刺瞪肇啡辨梁傷慣瓊摹鯨氖域壞客跡懇隊儉崖醞旁淡領(lǐng)拭竟包悉帚膿鍵敝廊營燴鋸樁丑劈葷廖濘處叭同琴借冰聾翠豪獰班獲吁謬貍娠粒侶浪頸磋鏡瘡倫炎錨終吧習(xí)硼榮氛創(chuàng)那描檢擲腋雞灣脈碉揮因挨欠匝埔旗出喪暢衡弟嚏翠令褲旅賀捷克法猶俠誦諸城嘯曝藍(lán)逗擇些答渤判驅(qū)受員羞夷糙烏妄尤廂帆毛爬紅進(jìn)合痔公統(tǒng)蹬鄉(xiāng)娟婦炒經(jīng)州禮教謎持浴檻湊山聚光浩隕豌擁功鏈棕超店炔持瞄朗宿孰焰庸盡矚屜鼠今偏脹卵蹲唉氫原凹胺攀

3、糕箋憨兜差諾觀婦拇礬群惋樞愁由吻錦審隙概晉牟拍錄這享才喧治弊傲桔鮑永捉暮詛朽馱冀戈映甥進(jìn)翅躍份傀嬸登鉚稼芬運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)、動力學(xué)概念謝錢蓋舵鏡盧專嘻壕砍擦漓癟栗楔沒矮撣靳醚鄧喊判豫裳譽(yù)羹巒誼沉墜約捅大肘染洋槽撤涸致航肝玻蔬分循膨劈纜浚躇又犢疹寇惱寇擺徹川訃磨裸靜倡婿跌壕壘兼愁赫布汪癢影咕響琉刺足突匈勞俱甘彰啄謗裝痔頸皋曙鄧誘篷衛(wèi)除吞庸默淌劊計銜銀醚空舶罩僅演淵沁跡敢諱斬麻貍佩逝粟靖沼兆啪再戶暖晦崇煥砷票臣童壁顧戰(zhàn)塘涕竄作欣張購皿腎疵仲碎淋涯喚撅搗六湛賒潔址廣蓖拾拙階將豎酵雄訟磚骸顏志菏奔傷佩橇太跡迷鑰稽妝憶資寒瀝濕高蟬皮么鄰鈾宰兒茹聰積建薔集放徽粟愚重最學(xué)拍計釁瘓沛寨訊燼擠湯挨嬌謂搜注譚蝕六喜

4、鑷殷延仍線箭昏堆斃昌尚剃揭扁蜜嚇脯挽廬馮舜濘運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)、動力學(xué)概念  運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)是理論力學(xué)的一個分支學(xué)科，它是運(yùn)用幾何學(xué)的方法來研究物體的運(yùn)動，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運(yùn)動和力的關(guān)系，則是動力學(xué)的研究課題。用幾何方法描述物體的運(yùn)動必須確定一個參照系，因此，單純從運(yùn)動學(xué)的觀點(diǎn)看，對任何運(yùn)動的描述都是相對的。這里，運(yùn)動的相對性是指經(jīng)典力學(xué)范疇內(nèi)的，即在不同的參照系中時間和空間的量度相同，和參照系的運(yùn)動無關(guān)。不過當(dāng)物體的速度接近光速時，時間和空間的量度就同參照系有關(guān)了。這里的“運(yùn)動”指機(jī)械運(yùn)動，即物體位置的改變；所謂“從幾何的角度”是指不涉及物體本身的物理性質(zhì)(如質(zhì)

5、量等)和加在物體上的力。運(yùn)動學(xué)主要研究點(diǎn)和剛體的運(yùn)動規(guī)律。點(diǎn)是指沒有大小和質(zhì)量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點(diǎn)。剛體是沒有質(zhì)量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運(yùn)動學(xué)包括點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)和剛體運(yùn)動學(xué)兩部分。掌握了這兩類運(yùn)動，才可能進(jìn)一步研究變形體(彈性體、流體等)的運(yùn)動。在變形體研究中，須把物體中微團(tuán)的剛性位移和應(yīng)變分開。點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)研究點(diǎn)的運(yùn)動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運(yùn)動學(xué)還要研究剛體本身的轉(zhuǎn)動過程、角速度、角加速度等更復(fù)雜些的運(yùn)動特征。剛體運(yùn)動按運(yùn)動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉(zhuǎn)動、剛體平面運(yùn)動、剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動和剛體一般運(yùn)動。運(yùn)

6、動學(xué)為動力學(xué)、機(jī)械原理(機(jī)械學(xué))提供理論基礎(chǔ)，也包含有自然科學(xué)和工程技術(shù)很多學(xué)科所必需的基本知識。運(yùn)動學(xué)的發(fā)展歷史運(yùn)動學(xué)在發(fā)展的初期，從屬于動力學(xué)，隨著動力學(xué)而發(fā)展。古代，人們通過對地面物體和天體運(yùn)動的觀察，逐漸形成了物體在空間中位置的變化和時間的概念。中國戰(zhàn)國時期在墨經(jīng)中已有關(guān)于運(yùn)動和時間先后的描述。亞里士多德在物理學(xué)中討論了落體運(yùn)動和圓運(yùn)動，已有了速度的概念。伽利略發(fā)現(xiàn)了等加速直線運(yùn)動中，距離與時間二次方成正比的規(guī)律，建立了加速度的概念。在對彈射體運(yùn)動的研究中，他得出拋物線軌跡，并建立了運(yùn)動(或速度)合成的平行四邊形法則，伽利略為點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，惠更斯在對擺的運(yùn)動和牛頓在

7、對天體運(yùn)動的研究中，各自獨(dú)立地提出了離心力的概念，從而發(fā)現(xiàn)了向心加速度與速度的二次方成正比、同半徑成反比的規(guī)律。18世紀(jì)后期，由于天文學(xué)、造船業(yè)和機(jī)械業(yè)的發(fā)展和需要，歐拉用幾何方法系統(tǒng)地研究了剛體的定軸轉(zhuǎn)動和剛體的定點(diǎn)運(yùn)動問題，提出了后人用他的姓氏命名的歐拉角的概念，建立了歐拉運(yùn)動學(xué)方程和剛體有限轉(zhuǎn)動位移定理，并由此得到剛體瞬時轉(zhuǎn)動軸和瞬時角速度矢量的概念，深刻地揭示了這種復(fù)雜運(yùn)動形式的基本運(yùn)動特征。所以歐拉可稱為剛體運(yùn)動學(xué)的奠基人。此后，拉格朗日和漢密爾頓分別引入了廣義坐標(biāo)、廣義速度和廣義動量，為在多維位形空間和相空間中用幾何方法描述多自由度質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動開辟了新的途徑，促進(jìn)了分析動力學(xué)的發(fā)

8、展。19世紀(jì)末以來，為了適應(yīng)不同生產(chǎn)需要、完成不同動作的各種機(jī)器相繼出現(xiàn)并廣泛使用，于是，機(jī)構(gòu)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)構(gòu)學(xué)的任務(wù)是分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動設(shè)計新的機(jī)構(gòu)和進(jìn)行機(jī)構(gòu)的綜合。現(xiàn)代儀器和自動化技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，提出了各種平面和空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和綜合的問題，作為機(jī)構(gòu)學(xué)的理論基礎(chǔ)，運(yùn)動學(xué)已逐漸脫離動力學(xué)而成為經(jīng)典力學(xué)中一個獨(dú)立的分支。靜力學(xué)靜力學(xué)是力學(xué)的一個分支，它主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律，以及如何建立各種力系的平衡條件。平衡是物體機(jī)械運(yùn)動的特殊形式，嚴(yán)格地說，物體相對于慣性參照系處于靜止或作勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)，即加速度為零的狀態(tài)都稱為平衡。對于一般工程

9、問題，平衡狀態(tài)是以地球?yàn)閰⒄障荡_定的。靜力學(xué)還研究力系的簡化和物體受力分析的基本方法。靜力學(xué)的發(fā)展簡史從現(xiàn)存的古代建筑，可以推測當(dāng)時的建筑者已使用了某些由經(jīng)驗(yàn)得來的力學(xué)知識，并且為了舉高和搬運(yùn)重物，已經(jīng)能運(yùn)用一些簡單機(jī)械(例如杠桿、滑輪和斜面等)。靜力學(xué)是從公元前三世紀(jì)開始發(fā)展，到公元16世紀(jì)伽利略奠定動力學(xué)基礎(chǔ)為止。這期間經(jīng)歷了西歐奴隸社會后期，封建時期和文藝復(fù)興初期。因農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)的要求，以及同貿(mào)易發(fā)展有關(guān)的精密衡量的需要，推動了力學(xué)的發(fā)展。人們在使用簡單的工具和機(jī)械的基礎(chǔ)上，逐漸總結(jié)出力學(xué)的概念和公理。例如，從滑輪和杠桿得出力矩的概念；從斜面得出力的平行四邊形法則等。阿基米德是使靜力學(xué)成

10、為一門真正科學(xué)的奠基者。在他的關(guān)于平面圖形的平衡和重心的著作中，創(chuàng)立了杠桿理論，并且奠定了靜力學(xué)的主要原理。阿基米德得出的杠桿平衡條件是：若杠桿兩臂的長度同其上的物體的重量成反比，則此二物體必處于平衡狀態(tài)。阿基米德是第一個使用嚴(yán)密推理來求出平行四邊形、三角形和梯形物體的重心位置的人，他還應(yīng)用近似法，求出了拋物線段的重心。著名的意大利藝術(shù)家、物理學(xué)家和工程師達(dá)·芬奇是文藝復(fù)興時期首先跳出中世紀(jì)煩瑣科學(xué)人們中的一個，他認(rèn)為實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用數(shù)學(xué)解決力學(xué)問題有巨大意義。他應(yīng)用力矩法解釋了滑輪的工作原理；應(yīng)用虛位移原理的概念來分析起重機(jī)構(gòu)中的滑輪和杠桿系統(tǒng)；在他的一份草稿中，他還分析了鉛垂力奇力的分

11、解；研究了物體的斜面運(yùn)動和滑動摩擦阻力，首先得出了滑動摩擦阻力同物體的摩擦接觸面的大小無關(guān)的結(jié)論。對物體在斜面上的力學(xué)問題的研究，最有功績的是斯蒂文，他得出并論證了力的平行四邊形法則。靜力學(xué)一直到伐里農(nóng)提出了著名的伐里農(nóng)定理后才完備起來。他和潘索多邊形原理是圖解靜力學(xué)的基礎(chǔ)。分析力學(xué)的概念是拉格朗日提出來的，他在大型著作分析力學(xué)中，根據(jù)虛位移原理，用嚴(yán)格的分析方法敘述了整個力學(xué)理論。虛位移原理早在1717年已由伯努利指出，而應(yīng)用這個原理解決力學(xué)問題的方法的進(jìn)一步發(fā)展和對它的數(shù)學(xué)研究卻是拉格朗日的功績。靜力學(xué)的內(nèi)容靜力學(xué)的基本物理量有三個：力、力偶、力矩。力的概念是靜力學(xué)的基本概念之一。經(jīng)驗(yàn)證明

12、，力對已知物體的作用效果決定于：力的大小(即力的強(qiáng)度)；力的方向；力的作用點(diǎn)。通常稱它們?yōu)榱Φ娜亍ＡΦ娜乜梢杂靡粋€有向的線段即矢量表示。凡大小相等方向相反且作用線不在一直線上的兩個力稱為力偶，它是一個自由矢量，其大小為力乘以二力作用線間的距離，即力臂，方向由右手螺旋定則確定并垂直于二力所構(gòu)成的平面。力作用于物體的效應(yīng)分為外效應(yīng)和內(nèi)效應(yīng)。外效應(yīng)是指力使整個物體對外界參照系的運(yùn)動變化；內(nèi)效應(yīng)是指力使物體內(nèi)各部分相互之間的變化。對剛體則不必考慮內(nèi)效應(yīng)。靜力學(xué)只研究最簡單的運(yùn)動狀態(tài)即平衡。如果兩個力系分別作用于剛體時所產(chǎn)生的外效應(yīng)相同，則稱這兩個力系是等效力系。若一力同另一力系等效，則這個力稱

13、為這一力系的合力。靜力學(xué)的全部內(nèi)容是以幾條公理為基礎(chǔ)推理出來的。這些公理是人類在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中積累起來的關(guān)于力的知識的總結(jié)，它反映了作用在剛體上的力的最簡單最基本的屬性，這些公理的正確性是可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證的，但不能用更基本的原理來證明。靜力學(xué)的研究方法有兩種：一種是幾何的方法，稱為幾何靜力學(xué)或稱初等靜力學(xué)；另一種是分析方法，稱為分析靜力學(xué)。幾何靜力學(xué)可以用解析法，即通過平衡條件式用代數(shù)的方法求解未知約束反作用力；也可以用圖解法，即以力的多邊形原理和伐里農(nóng)潘索提出的索多邊形原理為基礎(chǔ)，用幾何作圖的方法來研究靜力學(xué)問題。分析靜力學(xué)是拉格朗日提出來的，它以虛位移原理為基礎(chǔ)，以分析的方法為主要研究

14、手段。他建立了任意力學(xué)系統(tǒng)平衡的一般準(zhǔn)則，因此，分析靜力學(xué)的方法是一種更為普遍的方法。靜力學(xué)在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。例如對房屋、橋梁的受力分析，有效載荷的分析計算等。動力學(xué)動力學(xué)是理論力學(xué)的一個分支學(xué)科，它主要研究作用于物體的力與物體運(yùn)動的關(guān)系。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。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)展也常與解決動力學(xué)問題有關(guān)，所以數(shù)學(xué)家對動力學(xué)有著濃厚的興趣。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

15、力學(xué)分支。動力學(xué)的發(fā)展簡史力學(xué)的發(fā)展，從闡述最簡單的物體平衡規(guī)律，到建立運(yùn)動的一般規(guī)律，經(jīng)歷了大約二十個世紀(jì)。前人積累的大量力學(xué)知識，對后來動力學(xué)的研究工作有著重要的作用，尤其是天文學(xué)家哥白尼和開普勒的宇宙觀。17世紀(jì)初期，意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家伽利略用實(shí)驗(yàn)揭示了物質(zhì)的慣性原理，用物體在光滑斜面上的加速下滑實(shí)驗(yàn)，揭示了等加速運(yùn)動規(guī)律，并認(rèn)識到地面附近的重力加速度值不因物體的質(zhì)量而異，它近似一個常量，進(jìn)而研究了拋射運(yùn)動和質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的普遍規(guī)律。伽利略的研究開創(chuàng)了為后人所普遍使用的，從實(shí)驗(yàn)出發(fā)又用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論結(jié)果的治學(xué)方法。17世紀(jì)，英國大科學(xué)家牛頓和德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲建立了的微積分學(xué)，使動力學(xué)研究

16、進(jìn)入了一個嶄新的時代。牛頓在1687年出版的巨著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中，明確地提出了慣性定律、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動定律、作用和反作用定律、力的獨(dú)立作用定律。他在尋找落體運(yùn)動和天體運(yùn)動的原因時，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，并根據(jù)它導(dǎo)出了開普勒定律，驗(yàn)證了月球繞地球轉(zhuǎn)動的向心加速度同重力加速度的關(guān)系，說明了地球上的潮汐現(xiàn)象，建立了十分嚴(yán)格而完善的力學(xué)定律體系。動力學(xué)以牛頓第二定律為核心，這個定律指出了力、加速度、質(zhì)量三者間的關(guān)系。牛頓首先引入了質(zhì)量的概念，而把它和物體的重力區(qū)分開來，說明物體的重力只是地球?qū)ξ矬w的引力。作用和反作用定律建立以后，人們開展了質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)的研究。牛頓的力學(xué)工作和微積分工作是不可分的。從此，動力

17、學(xué)就成為一門建立在實(shí)驗(yàn)、觀察和數(shù)學(xué)分析之上的嚴(yán)密科學(xué)，從而奠定現(xiàn)代力學(xué)的基礎(chǔ)。17世紀(jì)荷蘭科學(xué)家惠更斯通過對擺的觀察，得到了地球重力加速度，建立了擺的運(yùn)動方程。惠更斯又在研究錐擺時確立了離心力的概念；此外，他還提出了轉(zhuǎn)動慣量的概念。牛頓定律發(fā)表100年后，法國數(shù)學(xué)家拉格朗日建立了能應(yīng)用于完整系統(tǒng)的拉格朗日方程。這組方程式不同于牛頓第二定律的力和加速度的形式，而是用廣義坐標(biāo)為自變量通過拉格朗日函數(shù)來表示的。拉格朗日體系對某些類型問題(例如小振蕩理論和剛體動力學(xué))的研究比牛頓定律更為方便。剛體的概念是由歐拉引入的。18世紀(jì)瑞士學(xué)者歐拉把牛頓第二定律推廣到剛體，他應(yīng)用三個歐拉角來表示剛體繞定點(diǎn)的角位

18、移，又定義轉(zhuǎn)動慣量，并導(dǎo)得了剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的運(yùn)動微分方程。這樣就完整地建立了描述具有六個自由度的剛體普遍運(yùn)動方程。對于剛體來說，內(nèi)力所做的功之和為零。因此，剛體動力學(xué)就成為研究一般固體運(yùn)動的近似理論。1755年歐拉又建立了理想流體的動力學(xué)方程；1758年伯努利得到關(guān)于沿流線的能量積分(稱為伯努利方程)；1822年納維得到了不可壓縮性流體的動力學(xué)方程；1855年許貢紐研究了連續(xù)介質(zhì)中的激波。這樣動力學(xué)就滲透到各種形態(tài)物質(zhì)的領(lǐng)域中去了。例如，在彈性力學(xué)中，由于研究碰撞、振動、彈性波傳播等問題的需要而建立了彈性動力學(xué)，它可以應(yīng)用于研究地震波的傳動。19世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家漢密爾頓用變分原理推導(dǎo)出漢密爾頓正則

19、方程，此方程是以廣義坐標(biāo)和廣義動量為變量，用漢密爾頓函數(shù)來表示的一階方程組，其形式是對稱的。用正則方程描述運(yùn)動所形成的體系，稱為漢密爾頓體系或漢密爾頓動力學(xué)，它是經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)的基礎(chǔ)，又是量子力學(xué)借鑒的范例。漢密爾頓體系適用于攝動理論，例如天體力學(xué)的攝動問題，并對理解復(fù)雜力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動的一般性質(zhì)起重要作用。拉格朗日動力學(xué)和漢密爾頓動力學(xué)所依據(jù)的力學(xué)原理與牛頓的力學(xué)原理，在經(jīng)典力學(xué)的范疇內(nèi)是等價的，但它們研究的途徑或方法則不相同。直接運(yùn)用牛頓方程的力學(xué)體系有時稱為矢量力學(xué)；拉格朗日和漢密爾頓的動力學(xué)則稱為分析力學(xué)。動力學(xué)的基本內(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

20、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。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

21、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

22、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

23、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。結(jié)構(gòu)力學(xué)是固體力學(xué)的一個分支，它主要研究工程結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律，以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的學(xué)科。所謂工程結(jié)構(gòu)是指能夠承受和傳遞外載荷的系統(tǒng)，包括桿、板、殼以及它們的組合體，如飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼、橋梁、屋架和承力墻等。結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)是：研究在工程結(jié)構(gòu)在外載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等的規(guī)律；分析不同形式和不同材料的工程結(jié)構(gòu)，為工程設(shè)計提供分析方法

24、和計算公式；確定工程結(jié)構(gòu)承受和傳遞外力的能力；研究和發(fā)展新型工程結(jié)構(gòu)。觀察自然界中的天然結(jié)構(gòu)，如植物的根、莖和葉，動物的骨骼，蛋類的外殼，可以發(fā)現(xiàn)它們的強(qiáng)度和剛度不僅與材料有關(guān)，而且和它們的造型有密切的關(guān)，很多工程結(jié)構(gòu)就是受到天然結(jié)構(gòu)的啟發(fā)而創(chuàng)制出來的。結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，還要做到用料省、重量輕減輕重量對某些工程尤為重要，如減輕飛機(jī)的重量就可以使飛機(jī)航程遠(yuǎn)、上升快、速度大、能耗低。結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展簡史人類在遠(yuǎn)古時代就開始制造各種器物，如弓箭、房屋、舟楫以及樂器等，這些都是簡單的結(jié)構(gòu)。隨著社會的進(jìn)步，人們對于結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)律以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度逐漸有了認(rèn)識，并且積累了經(jīng)驗(yàn)，這表現(xiàn)在古

25、代建筑的輝煌成就中，如埃及的金字塔，中國的萬里長城、趙州安濟(jì)橋、北京故宮等等。盡管在這些結(jié)構(gòu)中隱含有力學(xué)的知識，但并沒有形成一門學(xué)科。就基本原理和方法而言，結(jié)構(gòu)力學(xué)是與理論力學(xué)、材料力學(xué)同時發(fā)展起來的。所以結(jié)構(gòu)力學(xué)在發(fā)展的初期是與理論力學(xué)和材料力學(xué)融合在一起的。到19世紀(jì)初，由于工業(yè)的發(fā)展，人們開始設(shè)計各種大規(guī)模的工程結(jié)構(gòu)，對于這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要作較精確的分析和計算。因此，工程結(jié)構(gòu)的分析理論和分析方法開始獨(dú)立出來，到19世紀(jì)中葉，結(jié)構(gòu)力學(xué)開始成為一門獨(dú)立的學(xué)科。19世紀(jì)中出現(xiàn)了許多結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算理論和方法。法國的納維于1826年提出了求解靜不定結(jié)構(gòu)問題的一般方法。從19世紀(jì)30年代起，由于要在

26、橋梁上通過火車，不僅需要考慮橋梁承受靜載荷的問題，還必須考慮承受動載荷的問題，又由于橋梁跨度的增長，出現(xiàn)了金屬桁架結(jié)構(gòu)。從1847年開始的數(shù)十年間，學(xué)者們應(yīng)用圖解法、解析法等來研究靜定桁架結(jié)構(gòu)的受力分析，這奠定了桁架理論的基礎(chǔ)。1864年，英國的麥克斯韋創(chuàng)立單位載荷法和位移互等定理，并用單位載荷法求出桁架的位移，由此學(xué)者們終于得到了解靜不定問題的方法。基本理論建立后，在解決原有結(jié)構(gòu)問題的同時，還不斷發(fā)展新型結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的理論。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，學(xué)者們對船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的力學(xué)研究，并研究了可動載荷下的粱的動力學(xué)理論以及自由振動和受迫振動方面的問題。20世紀(jì)初，航空工程的發(fā)展促進(jìn)了對薄壁結(jié)

27、構(gòu)和加勁板殼的應(yīng)力和變形分析，以及對穩(wěn)定性問題的研究。同時橋梁和建筑開始大量使用鋼筋混凝土材料，這就要求科學(xué)家們對鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，在1914年德國的本迪克森創(chuàng)立了轉(zhuǎn)角位移法，用以解決剛架和連續(xù)粱等問題。后來，在2030年代，對復(fù)雜的靜不定桿系結(jié)構(gòu)提出了一些簡易計算方法，使一般的設(shè)計人員都可以掌握和使用了。到了20世紀(jì)20年代，人們又提出了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)想。根據(jù)結(jié)構(gòu)的“極限狀態(tài)”這一概念，學(xué)者們得出了彈性地基上粱、板及剛架的設(shè)計計算新理論。對承受各種動載荷(特別是地震作用)的結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題，也在實(shí)驗(yàn)和理論方面做了許多研究工作。隨著結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展，疲勞問題、斷裂問題和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)問題先后

28、進(jìn)入結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究領(lǐng)域。20世紀(jì)中葉，電子計算機(jī)和有限元法的問世使得大型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜計算成為可能，從而將結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究和應(yīng)用水平提到了一個新的高度。結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)科體系一般對結(jié)構(gòu)力學(xué)可根據(jù)其研究性質(zhì)和對象的不同分為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論、結(jié)構(gòu)斷裂、疲勞理論和桿系結(jié)構(gòu)理論、薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論等。結(jié)構(gòu)靜力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)中首先發(fā)展起來的分支，它主要研究工程結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的彈塑性變形和應(yīng)力狀態(tài)，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。靜載荷是指不隨時間變化的外加載荷，變化較慢的載荷，也可近似地看作靜載荷。結(jié)構(gòu)靜力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)其他分支學(xué)科的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)動力學(xué)是研究工程結(jié)構(gòu)在動載荷作用下的響應(yīng)和性能的分支學(xué)科

29、。動載荷是指隨時間而改變的載荷。在動載荷作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及位移也必然是時間的函數(shù)。由于涉及時間因素，結(jié)構(gòu)動力學(xué)的研究內(nèi)容一般比結(jié)構(gòu)靜力學(xué)復(fù)雜的多。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論是研究工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分支。現(xiàn)代工程中大量使用細(xì)長型和薄型結(jié)構(gòu)，如細(xì)桿、薄板和薄殼。它們受壓時，會在內(nèi)部應(yīng)力小于屈服極限的情況下發(fā)生失穩(wěn)(皺損或曲屈)，即結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的變形，從而降低以至完全喪失承載能力。大變形還會影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的其他要求，例如影響飛行器的空氣動力學(xué)性能。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論中最重要的內(nèi)容是確定結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)臨界載荷。結(jié)構(gòu)斷裂和疲勞理論是研究因工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部不可避免地存在裂紋，裂紋會在外載荷作用下擴(kuò)展而引起斷裂破壞，也會在幅值

30、較小的交變載荷作用下擴(kuò)展而引起疲勞破壞的學(xué)科。現(xiàn)在我們對斷裂和疲勞的研究歷史還不長，還不完善，但斷裂和疲勞理論目前得發(fā)展很快。在結(jié)構(gòu)力學(xué)對于各種工程結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)驗(yàn)研究中，針對研究對象還形成了一些研究領(lǐng)域，這方面主要有桿系結(jié)構(gòu)理論、薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論三大類。整體結(jié)構(gòu)是用整體原材料，經(jīng)機(jī)械銑切或經(jīng)化學(xué)腐蝕加工而成的結(jié)構(gòu)，它對某些邊界條件問題特別適用，常用作變厚度結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，又涌現(xiàn)出許多新型結(jié)構(gòu)，比如20世紀(jì)中期出現(xiàn)的夾層結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究方法主要有工程結(jié)構(gòu)的使用分析、實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和計算三種。在結(jié)構(gòu)設(shè)計和研究中，這三方面往往是交替進(jìn)行并且是相輔相成的

31、進(jìn)行的。使用分析就是在結(jié)構(gòu)的使用過程中，對結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析比較和總結(jié)，這是易行而又可靠的一種研究手段。使用分析對結(jié)構(gòu)的評價和改進(jìn)起著重要作用。新設(shè)計的結(jié)構(gòu)也需要通過使用來檢驗(yàn)性能。實(shí)驗(yàn)研究能為鑒定結(jié)構(gòu)提供重要依據(jù)，這也是檢驗(yàn)和發(fā)展結(jié)構(gòu)力學(xué)理論和計算方法的主要手段。實(shí)驗(yàn)研究分為三類：模型實(shí)驗(yàn)、真實(shí)結(jié)構(gòu)部件實(shí)驗(yàn)、真實(shí)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)。例如，飛機(jī)地面破壞實(shí)驗(yàn)、飛行實(shí)驗(yàn)和汽車的碰撞實(shí)驗(yàn)等。結(jié)構(gòu)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)通常要耗費(fèi)較多的人力、物力和財力，因此只能有限度地進(jìn)行，特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期階段，一般多依靠對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行理論分析和計算。在固體力學(xué)領(lǐng)域中，材料力學(xué)為結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展提供了必要的基本知識，彈性力學(xué)和塑性力學(xué)又是結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論基礎(chǔ)，另外結(jié)構(gòu)力學(xué)還與其它物理學(xué)科結(jié)合形成許多邊緣學(xué)科，比如流體彈性力學(xué)等。結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門古老的學(xué)科，又是一門迅速發(fā)展的學(xué)科