概述
力学研究涉及力和运动。因此,既要研究力,又要研究运动,还要将力和运动二者联系起来。
力的分类
力是物体间的相互作用。
相互直接接触的物体,通过接触表面,一定有力的相互作用(除非证明其为零),这类力称之为表面力。如两物体间的接触压力、容器壁上的液体压力等。表面力一般是分布在一定接触面积上的分布力,若接触面积很小时,可简化为集中力。
非直接接触的物体,也可以有力的相互作用,如物体的重力、惯性力等。这些力是作用在物体整个体积内的分布力,与其体积和质量有关,故称之为体积力。电场力、磁场力等特殊场力的作用,也是体积力。
在本课程的研究中,分析和研究的主要是物体接触表面间的表面力。
力与运动
运动的研究,可以分为二类。一类是整个物体的位置随时间的变化,称之为运动;另一类是物体自身尺寸、形状的改变,称之为变形。
力与运动之关系的研究,属于动力学。可以以牛顿第二定律为基础,将力与运动联系起来。牛顿第二定律为:物体运动状态的改变(dv/dt=a)与作用于其上的力成正比,并发生于该力的作用线上。即 F=ma
上式是解决动力学问题的基本依据,故称为动力学基本方程。在速度远小于光速(3×105km/s)的一般工程领域中,上述定律的正确性已有充分的实验根据。
特别地,若物体的运动状态不发生改变(a =0), 则称物体处于平衡。
力与变形
力与固体的变形之关系的研究,属于固体力学。将力与固体的变形联系起来的假设(或模型)是多种多样的,不同材料在不同加载条件和环境下,有不同的变形行为。如钢材和木材的力学行为不同,钢材在常温和高温下的力学行为不同,铸铁在拉伸和压缩下的力学行为不同等。在固体力学中,力与变形之关系用物理方程(应力—应变关系)描述。
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