《医用理学基础》PPT课件

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1、第一章医用力学基础力学基础刚体定轴转动转动定律角动量守恒定律骨材料力学恩格斯说：牛顿由于发现了万有引力定律而创立了天文学,由于进行光的分解而创立了科学的光学,由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学,由于认识了力学的本性而创立了科学的力学.牛顿(1643-1727)英国伟大的物理学家、数学家、天文学家,经典力学理论的集大成者,建立了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律.代表人物：牛顿力学基础矢量运算运动描述牛顿运动定律一、矢量及其运算矢量的加法：两矢量和仍为一矢量,即矢量的减法：矢量的加减法服从平行四边形法则

2、和三角形法则.平行四边形法则和三角形法则当两矢量同向时,点积结果数值最大；当两矢量反向时,点积结果数值最小；当两矢量垂直时,点积结果为0.矢量的标积(点积)——矢量在矢量上的投影与矢量大小的乘积,即矢量的乘法：标积(点积)和矢积(叉积)矢量的矢积(叉积)——结果仍为一矢量,大小等于C=ABsin,方向垂直于矢量与构成的平面,并服从右手螺旋法则,即当两个矢量平行时,叉积结果为零；当两个矢量垂直时,叉积结果最大.根据叉积运算定义,可以得到如下结果：一.位置矢量(positionvector)二、运动描述空间一质点P

3、的位置可以用三个坐标x,y,z来确定,也可以用从原点O到P点的有向线段表示,称为位置矢量.质点运动过程中,其位置随时间的改变可以表示为或OyxzP(x,y,z)二.位移(displacement)质点在一段时间内位置的改变称为它在这段时间内的位移,记作,大小标志着在这段时间内质点位置移动的多少,方向表示质点的位置移动方向.图中s表示路程.yOzxP1P2s瞬时速度(instantaneousvelocity)：三.速度采用分量形式,速度可以表示为：在直角坐标系中,速度的大小为瞬时加速度(instantaneou

4、sacceleration)：在直角坐标系中,加速度的分量形式：四.加速度物体做曲线运动时,加速度的方向总是指向轨迹曲线的凹侧.常将加速度分解为切向加速度at(在轨道切线方向上的加速度投影)和法向加速度an(物体所在点处圆弧曲率半径上的投影).Patana可以证明,只改变速度的方向切向加速度大小为只改变速度的大小法向加速度大小为一.牛顿运动定律牛顿第一定律：任何物体都保持其静止或直线运动状态,除非有外力作用使其改变那个状态.提出了惯性(inertia)的概念和力是使物体运动状态发生改变的原因.牛顿第二定律：任何物体

5、所获得的加速度的大小与物体所受合外力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合外力的方向一致,即三、牛顿运动定律说明物体惯性大小的量度是质量.牛顿第三定律：当物体A对物体B施加作用力时,物体B也必定同时对物体A施加一个反作用力；两者大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,即牛顿三定律只适用于惯性参考系.二.功(work)功是力的空间积累效应.恒力的功：变力的功：做功必须具备两个条件：1.必须对物体施加力；2.必须使物体在力的作用方向上发生移动.abOO定义：物体的动能(kineticenergy)为上式

6、称为动能定理.动能定理描述物体在始末两态之间,合外力对物体所做的功等于物体动能的改变量.设物体的初动能为Eka,末动能为Ekb,则三.动能和动能定理如果力沿着任意一个闭合回路对物体所做的功等于零,即成立,则这个力叫做保守力(conservativeforce),否则叫做非保守力(non-conservativeforce).也就是说,保守力做功与路径无关,非保守力做功与路径有关.重力、万有引力、静电力和分子力都是保守力,摩擦力是非保守力.四.保守力、非保守力、势能为了描述保守力做功只与物体的位置有关,与路径的选取无

7、关这种性质,引入势能(potentialenergy)的概念.重力的势能：弹性力势能：保守力所做的功与势能之间的关系：其中,Acon为保守力做的功,Epa、Epb为系统始末态的势能.对于一个物体系统整体来说,它受到系统外部力和系统内部物体之间的保守力和非保守力共同作用,因此,在计算力对系统所做的功时,应该把它们全部考虑在内,即五.功能原理其中是所有外力所做的功,是系统内部所有非保守力所做的功,是系统内部所有保守力所做的功.定义系统总的机械能为系统总的动能与总的势能之和,即功能原理：系统的外力做功与系统内部非保守力做

8、功的总和等于系统总的机械能的改变,即称为机械能守恒定律.说明一个物理系统,如果外力做功等于零,且系统内部没有非保守力做功,则系统的总机械能将不随系统的状态改变而改变.系统的外力做功与系统内部非保守力做功的总和等于零,则有六.机械能守恒定律刚体力学刚体定轴转动转动惯量转动动能转动定律角动量定理、角动量守恒定律刚体-----在外力作用下,大小和形状都不发生变化的