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動力學
(dynamics)簡介
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前言
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比較
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靜力學
- 受力而靜止之物體,其平衡條件及關係
- 分析的對象為靜止的物體
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動力學
- 分析運動的物體之力學行為。
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動力學
分成兩部分:
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1運動學
(kinematics)
- 研究目的
- 研究物體運動的幾何關係
- 我們只要分析這個物體會怎麼動,
而不去管它為什麼會動!
- 將物體"運動情形",以數學式表示之
- 求出 運動情形 與 時間 之關係
,而不考慮運動之原因。
- 解決方法
- 微積分
- 向量分析
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2力動學
(kinetics)
- 研究目的
- 研究物體之 受力情況 與 運動情形 之關係
- 即探討物體受到力的作用後,所產生的運動變化。
- 若物體的運動情形為已知的話, 我們也可以反過來求作用在物體上之力量
- 解決方法
- 牛頓第二定律
- 功能原理
- 衝量與動量原理
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力學模式
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質點(paticle)
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定義
- 若
- 當物體尺寸遠小於運動範圍時
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- 可將物體視為質點
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其中
- 不考慮其自轉運動
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簡稱
- 具有質量不占空間
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剛體(rigid body)
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定義
- 物體內任兩點間距離恆保持不變
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其中
- 考慮其自轉運動
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簡稱
- 不會變形的物體
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參考體
(reference body,
reference frame)
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定義
- 指的是一個觀測者在"物體上"(參考體)來 觀測其他物體 之 位置變化
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解釋
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因為
- 由不同的參考體觀測所得之運動,通常是不相同的
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所以
- 在量測物體的運動狀態之前,必須先指明觀測者所在的參考體
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分類
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reference body
- 看的見摸得著的"參考體"
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reference frame
- 假想出來的"參考體"
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固定參考體
- 相對於固定參考體所觀測之運動,稱為絕對運動
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運動參考體
- 相對於運動參考體所觀測之運動,就稱為相對運動
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慣性參考體(inertia reference frame)
- 固定的或作等速度運動且不旋轉之參考體。
- 嚴格來講
- 地球不是慣性參考體
- 但是
- 研究地表附近小範圍之運動時,
則地表可視為近似的慣性參考體
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參考座標系
(reference coordinates)
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因為
- 為了將物體的運動情形以數學的方式描述出來
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所以
- 我們需在參考體上建立一組座標系,稱為參考座標系(reference coordinates)。
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自由度與拘束
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自由度(degree of freedom)
- 描述物體(或系統)之運動,所需之獨立參數的數目。
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算法
- 先想物體無拘無束時有幾個自由度
- 多桿件相鄰先拆開
- 再減去拘束
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拘束(constraint)
- 物體(或系統)運動時受到的限制,稱為拘束。
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拘束方程式
- 由限制條件所得的方程式,稱為拘束方程式
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例
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範例五個
- 滑輪系統
- 只考慮垂直運動
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向量補充
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分量投影量比較
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若
- 以"正交基底"之座標系統描述向量
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則
- 分量=投影量
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向量性質
- 向量的分量與坐標系有關,但與向量的本質(大小方向)與坐標系無關