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333角动量定理角动量守恒定律对于质点
作业 3.1;3.3;3.4;3.6;3.7;3.8;3.10; 3.13;3.20;3.21;3.22 3. 刚体的转动动能 刚体转动的动能定理 (1)刚体的转动动能 z ? O 的动能为 刚体的总动能 P ? 绕定轴转动刚体的动能等于刚体对转轴的转动惯量与其角速度平方乘积的一半 结论: (2) 刚体转动的动能定理 (合力矩功的效果) 对于一有限过程 绕定轴转动刚体在任一过程中动能的增量,等于在该过程中作用在刚体上所有外力所作功的总和。这就是绕定轴转动刚体的——动能定理 例 一根长为 l ,质量为 m 的均匀细直棒,可绕轴 O 在竖直平 面内转动,初始时它在水平位置 解 由动能定理 求 它由此下摆 ? 角时的 ? O l m ? C x 4. 理想流体的伯努利方程 如图,取一细流管,经过短暂时间 △t ,截面 S1 从位置 a 移到 b,截面 S2 从位置c 移到d , 流过两截面的体积分别为 由连续性原理得 在b到c一段中运动状态未变,流体经过△t 时间动能变化量: S1 a S2 c b d Δt Δt v1 v2 流体经过△t 时间势能变化量: △t 时间内外力对该段流体做功: 由功能原理 : 或 即 上式即为伯努利方程的数学表达式。 S1 S2 Δt Δt P1 P2 h2 h1 伯努利方程的意义 (1)伯努利方程的实质是功能原理在流体力学中的应用 表示单位体积流体流过细流管 外压力所做的功; 表示单位体积流体流过细流管 重力所做的功; 表示单位体积流体流过细流管 后动能的变化量; (2)伯努利方程应用于流体静力学即为连通器原理: (3)注意统一单位,为国际单位。适用于理想流体的定常流动。 (4)P、h、v 均为可测量,他们是对同一流管而言的。 (5)它是流体力学中的基本关系式,反映各截面处,P、h、v之间的关系。 水管里的水在压强 P = 4.0×105Pa 作用下流入室内,水管的内直径为 2.0 cm ,引入 5.0 m 高处二层楼浴室的水管,内直径为 1.0 cm 。当浴室水龙头完全打开时,浴室水管内水的流速为4.0m·s-1 。 当水龙头关闭时, ,由伯努利方程 即 = 3.5×105Pa S1 v1 s2 v2 h2 例 求 解 浴室水龙头关闭以及完全打开时浴室水管内的压强。 当水龙头完全打开后, = 2.3×105Pa 即 由伯努利方程: 打开水龙头,管口处的压强减小,这是水的流动导致的结果。 例 求 解 a、b、c、d 各处压强及流速。 h1 h2 a b c d 如图所示为一虹吸装置,h1 和h2 及流体密度 已知, 由题意可知,va = 0, pa = pd = p0 选d 点所在平面为参考平面,对a 、d 两点应用伯努力方程,有 解得 因b、c、d 各点处于截面积相同的同一流管中,所以 由连续性原理,有: 对于a、b 两点,有 对于a、c 两点,有 得: 3.2.3 势能 机械能守恒定律 1. 保守力 势能 如果力所做的功与路径无关,而只决定于物体的始末 相对位置,这样的力称为保守力。 保守力沿闭合路径一周所做的功为零。 例如重力、万有引力、弹性力都是保守力。 作功与路径有关的力称为非保守力。例如: 摩擦力 a b d c 势能 在保守力场中 A(选参考点) B 取: 则(势能的定义) : (势能零点) 势能是位置的函数,在数值上等于从B 到 势能零点 保守力所做的功,该函数通常称作势能函数。 势能是系统具有的作功本领 (蕴藏在保守力场与位置有关的能量) 讨论: (1)由于势能零点可以任意选取,所以某一点的势能值是相对的。 (2)势能增量:在保守力场中,质点从 P1 → P2 位置,势能增量为 质点在该过程中,保守力的功 A 为 即在该过程中,保守力的功 A 等于质点在始末两位置势能增量的负值 微分形式 (3)保守力场中任意两点间的势能差与势能零点选取无关。 r 几种常见的势能 (势能定义) 1. 重力势能 x y z O 2. 万有引力势能 r M m 等势面 3. 弹性势能 O x 例 在质量为M、半径为R、密度为? 的球体的万有引力场中 求 质量为m的质点在球内外任一点C 的万有引力势能 解 质点在球外任一点C ,与球心距离为x M R x m O 质点在球内任一点C,与球心距离为 x (质点的势能与位置坐标的关系可以用图线表示出来) 势能曲线 z O 重力势能 万有引力势能 r O 弹性势能 E x O 势能零点? 保守力的大小? 由势能函数求保守力 由势能曲线求保守力 势能曲线上某点斜率
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