力
力是一个物体对另一物体的作用,一个物体受到力的作用,一定有另外的物体施加这种作用。前者是受力物体,后者是施力物体,只要有力发生就一定有受力物体和施力物体。有时为了方便,只说物体受了力,而没有指明施力物体,但施力物体一定是存在的。力的大小可以用测力计(弹簧秤)来测量。在国际单位制中,力的单位是牛顿,简称牛,符号是N。
力不但有大小,而且有方向。物体受到的重力是竖直向下的,物体在液体中受到的浮力是竖直向上的。力的方向不同,它的作用效果也不同。作用在运动物体上的力,如果方向与运动方向相同,将加快物体的运动;如果方向与运动方向相反,将阻碍物体的运动。可见,要把一个力完全表达出来,除了力的大小,还要指明力的方向,可以用力的示意图来表示它们。用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的图叫力的图示。
合力
一个力,如果它产生的效果与几个力共同作用时产生的效果相同,那么这个力就叫做这几个力的合力。合力方向应该是指几个力合成之后的方向,如是两个力,则对角线的方向即为合力的方向。用一个力等效地代替两个或两个以上作用在同一刚体上或同一质点上的力,这一个力称为原力系的合力,而原力系中的任一力称为这个合力的分力。对空间任意力系,不一定有合力;例如力偶就不能用一个力来代替。空间任意力系可以等效地简化为一个力螺旋(其中包括力和力偶为零的情况)。汇交力系和同向平行力系一般都可求出合力。
速度
速度表示物体运动方向和运动快慢的物理量。在匀速直线运动中,速度在数值上等于单位时间内通过的路程。可以定义为:单位时间内,运动物体位移的变化量,大小等于物体在单位时间内通过的路程。速度是矢量,有大小,也有方向。速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小,速度的方向就是物体运动的方向。速度的单位是长度单位和时间单位的合成单位,在国际单位制中是:米/秒(m/s)常有的还有厘米/秒(cm/s)和千米/小时(km/h)。计算公式:v=s/t,v表示速度,s表示通过位移,t表示通过这段位移所用时间。“速度”一词本是描述物体运动的方向和位置变化快慢的物理量,速度只能说明物体的运动状态而不是其它。
加速度
加速度是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值,是描述物体速度改变快慢的物理量,通常用a表示,单位是米每二次方秒,加速度是矢量,它的方向与合外力的方向相同,其方向表示速度改变的方向,其大小表示速度改变的大小。牛顿运动学第二定律认为,a=F/m,F为物体所受合外力,m为物体的质量。力是改变物体运动状态的条件,而加速度则是描述物体运动状态的物理量。加速度与速度无必然联系,加速度很大时,速度可以很小,速度很大时,加速度也可以很小。从微分的角度来看,加速度是速度对时间求导,是v-tdt图象中的斜率。当加速度与速度方向在同一直线上时,物体做变速直线运动,如汽车以恒定加速度启动(匀加速直线运动),简谐振动(变加速直线运动);当加速度与速度方向不在同一直线上时,物体做变速曲线运动,如平抛运动(匀加速曲线运动),匀速圆周运动(变加速曲线运动);加速度为零时,物体静止或做匀速直线运动。任何复杂的运动都可以看作是无数的匀速直线运动和匀加速运动的合成。
摩擦力
摩擦力定义为两个互相接触的物体,当它们要发生或已经发生相对运动时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫做摩擦力。物体之间产生摩擦力必须要具备以下三个条件:第一,物体间相互接触、挤压;第二,接触面不光滑;第三,物体间有相对运动趋势或相对运动。摩擦力包括滑动摩擦力和静摩擦力。当一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦力叫滑动摩擦力,静摩擦力是由两个相互静止的物体相互作用产生的。
重力
由于地球的吸引而产生的力叫做重力,方向竖直向下。地面上同一点处物体受到重力的大小跟物体的质量m成正比,用关系式G=mg表示。通常在地球表面附近,g取值为9.8牛每千克,表示质量是1千克的物体受到的重力是9.8牛。
物体的各个部分都受重力的作用。但是,从效果上看,我们可以认为各部分受到的重力作用都集中于一点,这个点就是重力的作用点,叫做物体的重心。重心的位置与物体的几何形状及质量分布有关。形状规则,质量分布均匀的物体,其重心在它的几何中心。
重力并不等于地球对物体的引力。由于地球本身的自转,除了两极以外,地面上其他地点的物体都随着地球一起,围绕地轴做近似匀速圆周运动,这就需要有垂直指向地轴的向心力,这个向心力只能由地球对物体的引力来提供,我们可以把地球对物体的引力分解为两个分力,一个分力F1,方向指向地轴,大小等于物体绕地轴做近似匀速圆周运动所需的向心力;另一个分力G就是物体所受的重力其中F1=mω2r(ω为地球自转角速度,r为物体旋转半径),可见F1的大小在两极为零,随纬度减少而增加,在赤道地区为最大F1max。因物体的向心力是很小的,所以在一般情况下,可以近似认为物体的重力大小等于万有引力的大小,即在一般情况下可以略去地球转动的影响。其中引力的重力分量提供重力加速度,引力的向心力分量提供保持随地球自转的向心加速度。
圆周运动
质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动时,即其轨迹是圆周的运动叫“圆周运动”,它是一种最常见的曲线运动。例如电动机转子、车轮、皮带轮等都作圆周运动。在圆周运动中,最常见和最简单的是匀速圆周运动。电风扇在稳定转动的情况下,扇叶上各点的运动都是匀速圆周运动。
圆周运动是一种周期运动,作圆周运动的物体的速度可以用线速度表示,线速度的大小等于物体通过的弧长与所用时间的比值,而线速度的方向沿圆周切线方向,匀速圆周运动就是线速度的大小保持不变的圆周运动。物体绕圆心转动的快慢还可以用角速度来表示,它的大小等于物体转过的圆心角与所用的时间的比值,匀速圆周运动是角速度保持不变的运动。
振动
描述系统状态的参量(如位移、电压)在其基准值上下交替变化的过程。狭义的指机械振动,即力学系统中的振动。电磁振动习惯上称为振荡。力学系统能维持振动,必须具有弹性和惯性。由于弹性,系统偏离其平衡位置时,会产生回复力,促使系统返回原来位置;由于惯性,系统在返回平衡位置的过程中积累了动能,从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的相互影响,才造成系统的振动。按系统运动自由度分,有单自由度系统振动(如钟摆的振动)和多自由度系统振动。有限多自由度系统与离散系统相对应,其振动由常微分方程描述;无限多自由度系统与连续系统(如杆、梁、板、壳等)相对应,其振动由偏微分方程描述。方程中不显含时间的系统称自治系统;显含时间的称非自治系统。按系统受力情况分,有自由振动、衰减振动和受迫振动。按弹性力和阻尼力性质分,有线性振动和非线性振动。振动又可分为确定性振动和随机振动,后者无确定性规律,如车辆行进中的颠簸。振动是自然界和工程界常见的现象。振动的消极方面是:影响仪器设备功能,降低机械设备的工作精度,加剧构件磨损,甚至引起结构疲劳破坏;振动的积极方面是:有许多需利用振动的设备和工艺(如振动传输、振动研磨、振动沉桩等)。振动分析的基本任务是讨论系统的激励(即输入,指系统的外来扰动,又称干扰)、响应(即输出,指系统受激励后的反应)和系统动态特性(或物理参数)三者之间的关系。20世纪60年代以后,计算机和振动测试技术的重大进展,为综合利用、分析、实验和计算方法解决振动问题开拓了广阔的前景。
压强
物体的单位面积上受到的压力的大小叫做压强。在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕,即牛顿/平方米。压强的常用单位有千帕、标准大气压、托、千克力/平方厘米、毫米水银柱等等。(之所以叫帕斯卡是为了纪念法国科学家帕斯卡),空气受到重力作用,而且空气能流动,因此空气内部向各个方向都有压强,这个压强就叫大气压强。马德堡半球实验有力地证明了大气压的存在。同时还可说明,大气压强是很大的。托里拆利实验测出了大气压的大小,在托里拆利实验中,测量结果和玻璃管的粗细、形状、长度(足够长的玻璃管)无关;如果实验时玻璃管倾斜,则水银柱的长度变长,但水银柱的高度,即玻璃管内外水银面的高度差不变,这个高度是由当时的大气压的大小和水银的密度所共同决定的,通常情况下,为76cm左右。
流体力学