【智能制造i】动能定理

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    动能定理(work-energy theorem)。所谓动能,简单的说就是指物体因运动而具有的能量。数值上等于(1/2)mv2。动能是能量的一种,它的国际单位制下单位是焦耳(J),简称焦。 需要注意的是,动能(以及和它相对应的各种功),都是标量,即只有大小而不存在方铩G蠛褪敝患扑闫浯数和,不满足矢量(数学中称向量)加法的平行四边形法则。

定理定义

概念

    动能具有瞬时,是指力在一个过程中对物体所做的功等于在这个过程中动能的变化。动能是状态量,无负值。合外力(物体所受的外力的总和,根据方向以及受力大小通过正交法[1]能计算出物体最终的合力方向及大小) 对物体所做的功等于物体动能的变化。即末动能减初动能。动能定理一般只涉及物体运动的始末状态,通过运动过程中做功时能的转化求出始末状态的改变量。但是总的能是遵循能量守恒定律的,能的转化包括动能、势能、热能、光能(高中不涉及)等能的变化。

基本定理

质点

    内容:合外力做功等于物体动能的增量.       表达式: ΔW=ΔEk   

1.定理的使用对象是质点.   

2.合外力的求法符合平   2‘.∑W=W1+W2+W3+...+Wn   3.功是力在空间上的积累效果,也称为力对位移的积分,这从功的定义式(如W=Fscosα)中可以看出,因此动能定理描述的是一段过程的变化。   

4.动能没有负值,但动能增量(末动能减初动能)可能为正,可能为负,也可能是零。4‘.ΔEk表示动能的增量。一般符号Δ都表示末状态量减去初状态量. 

5.动能的增量为零,则合外力做功为零。但此时合外p不一定为零,各分力做功也不一定都为零,请特别注意.(举例:水平面上的匀速圆周运动)   

6.应用动能定理时,要注意参考系的一致。即所有物理量(如位移,速度)都取自同一参考系(参照物)。   

7.参考系应选用惯性系。   

8.动能定理刻画了合外力的功与动能之间的变化关系。同样的,其他性质的力和其相应能量之间的也有类似的恒等关系式,我们统称其为功能关系。在动能定理的基础上运用功能关系进行恒等变换,加以条件限制,便得出了一系列守恒定律,如机械能守恒定律等。条件限制对于这些守恒定律是很重要的,如机械能守恒定律的条件是除重力、弹力外没有其他力做功。   

9.动能定理、功能关系、能量守恒定律,虽然其表现形式和意义都不尽相同,但都是等价的。解决问题时,只需采用其中一个即可。

系统

    由质点的动能定理,我们还可以得出更一般的系统的动能定理。系统各组分合外力做功的代数和等于系统各组分动能增量的代数和   ∑(∑W)=∑(△Ek)   在大多数情况下,系统各组分之间相互做的功其代数和都是零,此时应用系统的动能定理更为方便.但当系统各组分之间相互做功代数和澄零(如存在弹簧,相互引力、斥力等)的情况,应考虑内力做功,特别注意!Fscosα代表作用在运动质点上的合外力的功(α代表力和水平方向的夹角)。应从动能定理深入领会“功”和“动能”两个概念之间的区别和联系。动能是秤澄锾灞旧碓硕状态的物理量。此定理体现了功和动能之间的联系。称为定理的原因是因为它是从牛顿定律,经数学严格推导出来的,并不能扩大其应用范围。由于动能定理不涉及物体运动过程中的加速度和时间,不论物体运动的路径如何,因而在只涉及位置变化与速度的力学问题中,应扯能定理比直接运用牛顿第二定律要简单。

推导过程

分析

(1)确定研究对象,研究对象可以是一个质点

(2)分析研究对象的受力情况和运动情况,是否是求解“力、位移与速度关系”的问题。   

(3)若是,根据动能定理ΔW=ΔEk列式求解。

处理多过程问题

    应用动能定理处理多过程运动问题关键在于分清整个过程有几个力做功,及初末状态的动能,采用动能定理处理问题无需考虑其具体的运动过程,只需注意初末状态即可,求往复运动的总路程及次数问题,若用牛顿定律和运动学公式求解,必须用数列求和的方法,但对于其中的某些问题求解,如用动能定理求解,可省去不少复杂的数学推演,使解题过程简化。

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