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1 物理原理

本章介绍其背后的基本物理原理 ,为此所需的机制以及基本概念和原则。

1.1 力和扭矩

1.1.1力

力：一种代理或影响，如果应用于自由身体主要导致身体加速，有时在弹性变形等影响。

我们每天都在与这样或那样的力量打交道。一个压力是一种力。地球对所有人施加着吸引力其表面上的物体或物体。研究作用在物体，我们必须知道力是如何施加的，方向力量及其价值。从图形上看，力通常用向量，其末端表示作用点。

机制是负责任何动作或反应的东西。机器基于通过传递力的想法一系列预定的运动。这些相关概念是动态运动的基础。

1.1.2扭矩

力矩：产生或倾向于产生旋转的东西其有效性由力的乘积和从力的作用线到旋转轴。

考虑图 1-1 中所示的杠杆。杠杆是绕不动点A自由转动的柱线，称为支点;重物作用在杠杆的一侧，平衡力作用在杠杆的另一侧。

图1-1 具有平衡力的杠杆

要分析杠杆，我们需要找到作用在杠杆上的力。获得力 W 的扭矩约为点 A，将 W 乘以 l₁，即其距离一个。类似地，F x l₂ 是 F 的转矩大约支点A.

1.2 运动

运动：位置或方向的改变。

1.2.1 沿直线路径运动

我们从最简单的情况开始研究运动，即直线。

沿一条线
的位置和位移研究运动的第一步是描述一个移动对象。考虑一辆汽车在东西向的直道上行驶公路。我们可以用以下方式描述汽车的位移说“车在中心镇以西5公里处”。在这个描述中，我们指定了两个因素，即原始测量点和位移的方向。
速度
我们可以定义物体稳定移动的速度 单位时间位移：
（1-1）其中 t = t2 – t1 是位移的时间间隔发生。当速度变化时，我们可以让时间间隔变为无穷小，因此
(1-2)
加速度加
速度是单位时间内速度的变化时期。如果速度以恒定速率变化，那么我们可以用（1-3）
描述加速度更一般地说，加速度是
(1-4)

1.2.2 空间中的直线运动

当运动不仅仅是沿着一条直线，而是延伸到一个平面上。在这里，我们可以用一个矢量来描述运动，该矢量包括大小和运动的方向。

位置矢量和位移矢量
描述对象位置的有向线段相对于原点是位置向量，如 d ₁ 和 d₂ 在<a=href”#hdr8″>数字 1-2

图 1-2位置矢量和位移矢量

如果我们想描述从位置 d₁ 到位置 D 2，例如，我们可以使用向量 D 1，向量从 D ₁ 描述的点开始，一直到 D₂ 描述的点，称为位移向量。
(1-5)
速度矢量
对于发生在 时间间隔 t，间隔期间的平均速度为
（1-6）显然，V_ave 的方向是 d。在 delta t 接近零的极限中，瞬时速度为
(1-7)V的方向是d的方向，对于非常小的方向位移;因此，它沿着路径或与路径相切。
加速度矢量
瞬时加速度是 v / t比值的极限，因为t变得非常小：（1-8）

1.2.3 刚体在平面上的运动

前面的章节讨论了粒子的运动。对于刚性物体在平面上，它的运动通常比粒子更复杂因为它由直线运动和旋转运动组成运动。一般来说，这种运动可以分解成两种运动（图 1-3），它们是：

刚体质心的直线运动。在这部分运动，该运动与运动相同平面上的粒子。
刚体的旋转运动相对到它的质心。

图 1-3 刚体在平面中的运动

1.3 牛顿运动定律

1.3.1 牛顿第一定律

当没有力施加在物体上时，它会保持静止或以匀速直线。这种惯性原理也是被称为牛顿第一定律。正是从这条法律中，牛顿能够建立起我们目前对动力学的理解。

1.3.2 牛顿第二定律

从我们的日常生活中，我们可以观察到：

当力 F 施加在物体上，V，变化物体的速度，随着时间的长度而增加 t. 增加;
力 F 越大，V 越大;和
物体（物体）越大，越不容易被力加速。

将 Ft 和 V 之间的比例写成以下形式很方便：

(1-9)

比例常数 m 随对象而变化。这常数 m 称为惯性质量 身体。上述关系体现了牛顿定律运动（牛顿第二定律）。如

(1-10)

其中 a 是物体的加速度。我们有

(1-11)

如果 m = 1 kg 和 a = 1m/sec²，则 F = 1 牛顿。

力和加速度是矢量，牛顿定律可以写成以矢量形式。

(1-12)

1.4 动量和动量守恒

1.4.1 脉冲

尝试让棒球和炮弹以相同的速度滚动。正如你所猜到的，让炮弹前进更难。如果你在时间 t 上施加恒定力 F，即速度的变化由公式 1-9 给出。因此，要获得相同的 v，产品 Ft 您尝试加速的质量 m 必须越大。

从静止处投掷炮弹并赋予它相同的最终速度作为棒球（也是从休息开始），我们必须更加努力或长。重要的是产品Ft。本产品 Ft 是自然地衡量我们推动改变运动。它被称为力的冲动。

1.4.2 动量

假设我们对棒球和大炮施加相同的冲动球，两者最初都处于静止状态。由于量 mv 的初始值在每种情况下都为零，并且由于相等的脉冲应用后，棒球的最终值 mv 将相等，并且炮弹。然而，因为炮弹的质量很大大于棒球的质量，大于炮弹的速度将远小于棒球的速度。因此，乘积 mv 是运动的完全不同的度量而不仅仅是 V。我们称它为物体的动量p，并以千克米每秒为单位进行测量。