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2024大学物理力学

力学基本概念与原理质点与刚体运动学弹性力学与振动波动现象流体力学与粘性现象热力学基础与相变过程经典力学在科技领域应用举例contents目录

01力学基本概念与原理

03牛顿第三定律两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。01牛顿第一定律物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态。02牛顿第二定律物体的加速度与作用力成正比，与物体质量成反比，且加速度方向与作用力方向相同。牛顿运动定律

物体动量的变化等于作用在物体上的合外力的冲量。动量定理力对时间的积累效应等于力与该力作用时间的乘积。冲量定理动量与冲量定理

质点系对某点的角动量对时间的导数等于作用于该质点系的外力对该点的力矩的矢量和。在没有外力矩作用的情况下，质点系的角动量保持不变。角动量定理及守恒定律角动量守恒定律角动量定理

功的定义力在位移方向上的投影与位移的乘积。能量的定义物体做功的能力，包括动能、势能等。能量守恒定律在一个孤立系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，而总能量保持不变。功、能及能量守恒定律

02质点与刚体运动学

通过位置矢量描述质点在空间中的位置，利用位移描述质点的位置变化。位置矢量与位移速度与加速度运动方程速度是描述质点位置变化快慢的物理量，加速度则是描述速度变化快慢的物理量。通过建立质点的运动方程，可以求解质点在任意时刻的位置、速度和加速度。030201质点运动描述方法

刚体定轴转动描述方法转动中心与转动轴刚体定轴转动时，所有质点均绕同一固定直线（转动轴）作圆周运动，该直线上任意一点可作为转动中心。角速度与角加速度角速度是描述刚体绕定轴转动快慢的物理量，角加速度则是描述角速度变化快慢的物理量。转动惯量与转动动能转动惯量是描述刚体绕定轴转动惯性大小的物理量，转动动能则是描述刚体绕定轴转动时具有的动能。

狭义相对论基于两个基本原理——相对性原理和光速不变原理，揭示了时间、空间、质量和能量之间的内在联系。狭义相对论基本原理广义相对论在狭义相对论的基础上，引入了等效原理和广义协变原理，阐述了引力是由于物质存在而使时空弯曲的现象。广义相对论基本原理爱因斯坦在相对论中提出了著名的质能方程E=mc2，揭示了质量和能量之间的等价关系，为核能等新能源的开发提供了理论支持。相对论中的质能关系相对论基础概念介绍

03弹性力学与振动波动现象

弹性形变弹性形变与Hooke定律物体在受到外力作用时，形状或体积发生改变，当外力撤去后，物体能恢复原状的形变。Hooke定律在弹性限度内，物体的形变与外力成正比，即F=kx，其中F为外力，x为形变量，k为劲度系数。发生弹性形变的物体具有的势能，其大小与形变量有关。弹性势能

振动系统指物体或系统在某一位置附近所做的往复运动。分类根据振动系统的性质，可分为自由振动、受迫振动和自激振动；根据振动的形式，可分为简谐振动、阻尼振动和受迫简谐振动等。振动周期与频率振动物体完成一次全振动所需的时间称为周期，单位时间内完成全振动的次数称为频率。振动系统及其分类

波动现象指振动在介质中的传播过程，包括机械波和电磁波等。波的叠加原理当几列波在同一介质中传播时，相遇处质点的振动是各列波引起振动的合成。波的干涉与衍射波的干涉是指两列波相遇时，某些区域振动加强而某些区域振动减弱的现象；波的衍射是指波遇到障碍物或小孔时，能够绕过障碍物或小孔继续传播的现象。波的传播特性波在传播过程中保持其形状和速度不变，能量随波的传播而传递。波动现象及其传播特性

04流体力学与粘性现象

Euler方程描述理想流体运动的偏微分方程，表达了流体元素的速度和加速度之间的关系，以及流体元素上的压力和密度分布。理想流体的性质不可压缩性、无旋性、无粘性等，这些性质使得理想流体模型在分析和计算上更加简便。理想流体模型忽略流体的粘性和热传导效应，假设流体是无摩擦和无热损失的。理想流体模型及Euler方程

粘性流体模型01考虑流体的粘性和热传导效应，更接近实际流体的行为。Navier-Stokes方程02描述粘性流体运动的偏微分方程，考虑了流体的粘性、压力和惯性力等因素。粘性流体的性质03具有内摩擦力、能量耗散、流动稳定性差等，这些性质使得粘性流体的运动更加复杂。粘性流体模型及Navier-Stokes方程

边界层概念在流体与固体壁面接触的区域，由于粘性的作用，流体的速度从零逐渐增加到与主流速度相同，这一薄层被称为边界层。应用实例飞机机翼的设计需要考虑边界层的影响，以避免流动分离和失速现象；船舶在水中航行时，边界层的存在会影响船体的阻力和稳定性；在化工过程中，管道内流体的流动也需要考虑边界层的影响，以确保流动的稳定性和传热效率。边界层概念及应用实例

05热力学基础与相变过程

描述系统热平衡状态的物理量，