2015-03-06 16:20 來自網絡 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
動力學(dynamics)是研究物體機械運動與受力之間的關系的學科,力學的分支。自然界與工程中存在大量的動力學問題。研究動力學問題時,應首先進行分析、簡化,抽象成物理模型,再建立動力學方程,即物理模型的受力與運動之間的關系。這個過程稱為動力學建模,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,但多數情況下它們是非線性的,只能求數值解。
牛頓是動力學的奠基者,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方程,由此可推導出動力學的三大定理: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.歐拉關于剛體動力學的研究,構成了經典力學的牛頓-歐拉體系,也是矢量力學的主要內容。
動力學基本規(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點系的動力學方程,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成了分析力學的主要內容。如果說矢量力學以力作為核心概念,則分析力學將核心概念由力轉移到能量。在經典力學范圍內,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,分析力學成為由經典力學過渡到現代物理的橋梁。
根據研究對象的不同,動力學通常包括質點動力學、質點系動力學、剛體動力學及動力學專門問題幾個部分。
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