一、动力学的基础概念及问题分类
动力学主要研究物体在非平衡状态(动力态)下,力和运动之间的关系。其研究主要包括两类基本问题:
1.已知物体的受力情况分析运动情况
我们需要对物体进行受力分析,求出合力。然后,利用牛顿第二定律求出加速度。通过运动学公式确定物体的运动情况,如位移、速度、时间等。
2.已知运动情况分析受力情况
我们需要分析物体的运动情况,通过运动学公式求出加速度。然后,利用牛顿第二定律确定物体所受的合力,结合受力分析可求解物体受到的其他力。
二、解题步骤概述
1.确定研究对象;
2.分析受力情况和运动情况,画出示意图;
3.使用牛顿第二定律或运动学公式求出加速度;
4.使用运动学公式或牛顿第二定律求出所需量。
三、处理方法
1.已知受力求运动
当物体做直线运动时,加速度一定在该直线上,垂直该直线上的合力为零。处理方法包括合成法和正交分解法。合成法有平行四边形法和三角形法。例如,对于三个完全相同的物块在水平桌上受到大小相同的外力作用,如何求出各自的加速度。
对于两个倾角相同的滑杆上的圆环,当它们都沿滑杆滑动时,如何利用悬线的状态判断摩擦力的情况以及环的运动情况。还有关于物体在粗糙斜面上运动,受到水平推力作用后撤去,如何求出物体与斜面间的动摩擦因数和总位移等问题。
2.已知运动求受力
对于已知运动情况求受力的问题,可以通过正交分解法解决。沿运动方向建立x轴,垂直运动方向建立y轴;然后把不在坐标系上的力分解。结论:物体沿x轴做直线运动时,加速度在x轴上,y轴上合力一定为零。合力与加速度方向一致。例如,对于一辆小车在水平地面上行驶,车内悬挂的小球相对于小车静止且细线与竖直方向的夹角为θ的情况,如何求出小车的加速度和细线受到的拉力。对于小球和小车的运动情况一样,都是沿水平方向,可以沿水平方向建立x轴,把不在坐标系上的力分解后求解。再比如一个小车内悬挂的小球,在水平面内运动时,如何判断加速度变化以及细线与竖直方向的夹角如何变化等问题。对于滑雪的人以一定的初速度沿山坡匀加速滑下的问题,可以通过沿斜面建立直角坐标系求解。还有关于固定斜面的小车在水平面上做直线运动时小球的状态问题,以及一箱装得很满的土豆在水平地面上做匀减速运动时土豆的受力问题等等。处理方法还包括斜交分解法、合成法等。对于斜交分解法,是把力分解到两个互不垂直的方向上;合成法、正交分解法、斜交分解法只是等效方法,正交分解只是一种手段。
在处理这些问题时,要根据具体情况选择合适的分析方法,结合牛顿第二定律和运动学公式求解。要注意物体的运动状态和受力情况的变化,以及各力之间的关系和影响。通过不断练习和深入理解,可以更好地掌握动力学问题的解决方法。