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文苑漫步:简述动力学

2015-03-06 16:20  来自网络  【  【打印】【我要纠错】

动力学(dynamics)是研究物体机械运动与受力之间的关系的学科,力学的分支。自然界与工程中存在大量的动力学问题。研究动力学问题时,应首先进行分析、简化,抽象成物理模型,再建立动力学方程,即物理模型的受力与运动之间的关系。这个过程称为动力学建模,简称建模。对有限多自由度的离散系统,得到的是常微分方程;对无限多自由度的连续系统,得到的是偏微分方程。动力学问题通常有两种提法:①已知系统的运动规律,求作用于系统的力。②已知系统的受力,求系统的运动规律。有时也有两者的混合提法。运动微分方程有时有解析解,但多数情况下它们是非线性的,只能求数值解。

牛顿是动力学的奠基者,他于1687年提出了运动的三大定律(见牛顿运动定律),其中第二定律建立了动力学方程,由此可推导出动力学的三大定理:动量定理、动量矩定理与动能定理,它们都是用来建模及进行运动特性分析的有力工具。牛顿的工作及后来L.欧拉关于刚体动力学的研究,构成了经典力学的牛顿-欧拉体系,也是矢量力学的主要内容。

动力学基本规律的另一种叙述方法称为达朗贝尔原理,它可看成牛顿第二定律的演变。依据达朗贝尔原理建立起来的动静法是解决工程问题的一种实用方法。

牛顿运动定律发表100年后,J.拉格朗日建立了受完整约束的非自由质点系的动力学方程,称为拉格朗日方程。拉格朗日及后来W.哈密顿等人的工作构成了分析力学的主要内容。如果说矢量力学以力作为核心概念,则分析力学将核心概念由力转移到能量。在经典力学范围内,以力为核心概念与以能量为核心概念是等价的;但在物理的其他领域,力与加速度的概念可能显得没有意义,而能量的概念却无处不在。因此,分析力学成为由经典力学过渡到现代物理的桥梁。

根据研究对象的不同,动力学通常包括质点动力学、质点系动力学、刚体动力学及动力学专门问题几个部分。

责任编辑:Seazy
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