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經典きょうてん力學りきがくかたほどれつひょう

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經典きょうてん力學りきがくこれ物理ぶつりがく描述ひろしかん物體ぶったい運動うんどうてきぶんささえ[1]さいじゅく悉的物理ぶつり學理がくりろん。涵蓋如常用じょうようやめ知的ちてき加速度かそくどちから[2]ほんれつひょうもと於具固定こていじくてきさんおう幾里いくさととく空間くうかん參考さんこうけい。三軸的交點稱為此空間的原點げんてん[3]

經典きょうてん力學りきがく概念がいねん包括ほうかつ微分びぶんかたほどながれがたぐん遍歷へんれき理論りろん各種かくしゅ物理ぶつりりょう相互そうご關聯かんれん[4]ほんれつひょうそうゆいりょう其中さい重要じゅうようてき內容。

本文ほんぶんれつりょううしひたぶる力學りきがくまとかたほどゆうせき經典きょうてん力學りきがく包括ほうかつひしげかくろう力學りきがく哈密ひたぶる力學りきがくてきさら一般いっぱん公式こうしき,請參閱分析ぶんせき力學りきがく

經典きょうてん力學りきがく[编辑]

質量しつりょうあずか慣量[编辑]

通用つうようめい 通用つうよう符號ふごう 定義ていぎ 國際こくさい單位たんいせい りょうつな
せん/表面ひょうめん/體積たいせき質量しつりょう密度みつど λらむだあるμみゅーよう於線密度みつどμみゅーしゅ要用ようようざいこえがく),σしぐまよう於表めんρろーよう體積たいせき

kg mn, n = 1, 2, 3 M Ln
質量しつりょうのり[5] mぼつゆう通用つうよう符號ふごう てん質量しつりょう

相對そうたい固定こていじくてき離散りさん質量しつりょう

相對そうたい固定こていじくてき連續れんぞく質量しつりょう

kg m M L
しつこころ rcom

符號ふごう一定いってい

だいi質量しつりょう

離散りさん質量しつりょう

連續れんぞく質量しつりょう

m L
たいやく質量しつりょう m12, μみゅー= m1 and m2 kg M
うたてどう慣量(MOI) I 離散りさん質量しつりょう

連續れんぞく質量しつりょう

kg m2 M L2

導出どうしゅつてき運動うんどうがく物理ぶつりりょう[编辑]

經典きょうてん粒子りゅうしてき運動うんどうがく物理ぶつりりょう質量しつりょうm位置いちr速度そくどv加速度かそくどa
通用つうようめい 通用つうよう符號ふごう 定義ていぎ 國際こくさい單位たんいせい りょうつな
速度そくど v m s−1 L T−1
加速度かそくど a m s−2 L T−2
加速度かそくど j m s−3 L T−3
JounceえいJounce s m s−4 L T−4
角速度かくそくど ωおめが rad s−1 T−1
すみ加速度かそくど αあるふぁ rad s−2 T−2
かく加速度かそくど ζぜーた rad s−3 T−3

導出どうしゅつてき動力どうりょくがく物理ぶつりりょう[编辑]

經典きょうてん力學りきがく物質ぶっしつてきかくどうりょう

ひだり 固有こゆうてき旋角どうりょうS物體ぶったいごと一點的軌道角動量

みぎ 對應たいおう一個軸的外在軌道角動量L

うえうたてどう慣量 I以及角速度かくそくどωおめがL一定いっていかいωおめが平行へいこう[6]

したどうりょうp以及其相たい於軸てき位置いちr

總角あげまきどうりょう(spin + orbital)ためJ
通用つうようめい 通用つうよう符號ふごう 定義ていぎ 國際こくさい單位たんいせい りょうつな
动量 p kg m s−1 M L T−1
ちから F N = kg m s−2 M L T−2
冲量 J, Δでるたp, I kg m s−1 M L T−1
相對そうたいいちてんr0てきすみ动量 L, J, S

わかかく質點しつてんてき旋轉せんてんじくひとししょう交在どういちてん設定せっていr0 = 0

kg m2 s−1 M L2 T−1
ちから相對そうたいいちてんr0てきちからのり τたう, M N m = kg m2 s−2 M L2 T−2
すみ衝量 ΔでるたLぼつゆう通用つうよう符號ふごう kg m2 s−1 M L2 T−1

一般いっぱんのうりょう定義ていぎ[编辑]

通用つうようめい 通用つうよう符號ふごう 定義ていぎ 國際こくさい單位たんいせい りょうつな
合力ごうりきさんせいてきこう W J = N m = kg m2 s−2 M L2 T−2
力學りきがく系統けいとう所作しょさてきこう WON, WBY J = N m = kg m2 s−2 M L2 T−2
いきおいのう φふぁい, Φふぁい, U, V, Ep J = N m = kg m2 s−2 M L2 T−2
機械きかいこうりつ P W = J s−1 M L2 T−3

まいいち保守ほしゅりょくみやこゆう對應たいおうてき势能根據こんきょ以下いか原理げんり設定せっていぜいのうUてき值:

  • 保守ほしゅりょくためれいてき時候じこういきおいのう定義ていぎためれい
  • 保守ほしゅ力作りきさくこういきおいのう減少げんしょう

廣義こうぎ力學りきがく[编辑]

通用つうようめい 通用つうよう符號ふごう 定義ていぎ 國際こくさい單位たんいせい りょうつな
廣義こうぎ座標ざひょう q, Q 一定いってい 一定いってい
廣義こうぎ速度そくど 一定いってい 一定いってい
廣義こうぎどうりょう p, P 一定いってい 一定いってい
ひしげかくろうりょう L

其中以及 p = p(t) 分別ふんべつ廣義こうぎ座標ざひょう以及どう量的りょうてきこうりょう時間じかんてき函數かんすう

J M L2 T−2
哈密顿量 H J M L2 T−2
作用さようりょう,哈密ひたすらしゅ函數かんすう S, J s M L2 T−1

運動うんどうがく[编辑]

ざい以下いかうたて動的どうてき定義ていぎちゅう角度かくど對應たいおうてんどうじくてき角度かくど一般いっぱん常用じょうようθしーた一定要是極座標下的極角。單位たんいじくむこうりょう

定義ていぎてんどうじくためr方向ほうこうじょうてき單位たんいむこうりょうかくてい切線せっせんてき單位たんいむこうりょう

ひらうつり うたてどう
速度そくど 平均へいきん

瞬時しゅんじ

角速度かくそくどうたてどう刚体
加速度かそくど 平均へいきん

瞬時しゅんじ

すみ加速度かそくど

うたてどう刚体:

加速度かそくど 平均へいきん

瞬時しゅんじ

かく加速度かそくど

うたてどう刚体:

動力どうりょくがく[编辑]

ひらうつり うたてどう
动量

はりたいてんどう剛體ごうたい

すみ动量

外積がいせきため赝矢りょうわかrpはんむかいへんごう),Lかいへんごう

一般いっぱんらいせつIちょうりょう·表示ひょうじちょうりょうちぢみなみえいtensor contraction

ちからうし顿第运动定律ていりつ 作用さようざい系統けいとうしつしんじょうてき合力ごうりょくとう於動量的りょうてき變化へんかりつ

はりたい許多きょた質點しつてんてき系統けいとう質點しつてんiてき運動うんどう方程式ほうていしきため[7]

其中piだいi質點しつてんてきどうりょうFij粒子りゅうしj作用さようざい粒子りゅうしiうえてきりょくFEこれごう外力がいりょくらい系統けいとう以外いがいてき物體ぶったい)。粒子りゅうしiかいさんせいきゅう自身じしんてきりょく

ちからのり

ちからのり(torque)τたう也稱ためmoment of a force,てんどう系統けいとうちゅう對應たいおうりょくてき物理ぶつりりょう[8]

わか剛體ごうたいうしひたぶるだい二轉動定律的形式類似平移運動下的形式:

わかはりたい許多きょた質點しつてん質點しつてんiてき運動うんどうかたほどため[9]

Yank Yankりょくてき變化へんかりつ

わか固定こてい質量しつりょうかい變成へんせいしき

RotatumえいRotatum

Rotatum Ρろー也稱ためmoment of a Yank,いんためてんどう系統けいとうちゅう對應たいおうYankてき物理ぶつりりょう

衝量 衝量どう量的りょうてき變化へんか

はりたい固定こていりょくF

Twirlあるかく衝量かくどう量的りょうてき變化へんか

はりたい固定こていりょくのりτたう

すすむどう[编辑]

陀螺てきしんどう角速度かくそくどため

其中w物體ぶったいてき重量じゅうりょう

のうりょう[编辑]

系統けいとう以外いがい事物じぶつたい系統けいとう所作しょさてき機械きかいこうとう系統けいとうてきどうのう變化へんか

通用つうようこうのう定理ていりたいらうつり及轉どう[编辑]

系統けいとう以外いがい事物じぶつたい曲線きょくせんみちCうえてき質點しつてんさんせいりょくFざい rてき位置いち)以及りょくのりτたうしょ做成てきこうWため

其中θしーた相對そうたい单位むこうりょうnところ定義さだよしじくてきてんどう角度かくど

どうのう[编辑]

物體ぶったいいち開始かいしてき速度そくどため後來こうらいてき速度そくどため,其动能變化へんかため

彈性だんせいぜいのう[编辑]

遵守じゅんしゅえびすかつ定律ていりつまとだん簧,わかいちはし固定こていひしげちょう,其彈性だんせいぜいのうえいelastic potential energyため

其中r2r1だん簧未固定こていはしざいひしげ長後ちょうご以及ひしげ長前ながまえてきともせん座標ざひょう方向ほうこう往拉ちょう壓縮あっしゅくてき方向ほうこう,kだん簧常すう

剛體ごうたい運動うんどうてきおうひしげかたほど[编辑]

萊昂哈德·おうひしげ也像うしひたぶるいちよう發表はっぴょうりょう運動うんどう定律ていりつ以參おうひしげ運動うんどう定律ていりつ。這些定律ていりつはたうしひたぶる運動うんどう定律ていりつ擴展いた剛體ごうたいてき運動うんどうじょう本質ほんしつしょうどうてき以下いかおうひしげ提出ていしゅつしんてき運動うんどう方程式ほうていしき[10]

其中Iこれうたてどう慣量ちょうりょう.

通用つうよう平面へいめん運動うんどう[编辑]

前面ぜんめん平面へいめん運動うんどうてきかたほど以用ざい此處ここ應用おうよう上述じょうじゅつてき定義ていぎそく出動しゅつどうりょうすみどうりょうとうはりたいざい平面へいめん上路あげろみち移動いどうてき物體ぶったい

以下いかてき結果けっか應用おうようざい質點しつてんじょう

運動うんどうがく 動力どうりょくがく
位置いち

速度そくど

どうりょう

すみどうりょう

加速度かそくど

こう心力しんりょくため

其中てきm質量しつりょうのり(mass moment),さとおくりょくため

さとおく利加りか速度そくど以及さとおく利也としや以寫なり

れん心力しんりょく運動うんどう[编辑]

はり對質たいしつりょう較大てき物體ぶったい,而且いんため其他物體ぶったいしょほどこせてきれん心力しんりょく運動うんどうれん心力しんりょくただ二物體質心的距離有關,其運動うんどうかたほどため

てい加速度かそくど運動うんどうかたほど[编辑]

僅當加速度かそくどつね定時ていじ才能さいのう使用しよう這些方程式ほうていしき。如果加速度かそくどかい變化へんかのり必須ひっす使用しよう上面うわつらてき一般いっぱん微積分びせきぶんがくかたほど透過とうか積分せきぶん位置いち速度そくど加速度かそくどてき定義ていぎらい找到(見上みかみあや) 。

せんせい運動うんどう 旋轉せんてん運動うんどう

とぎりゃく座標ざひょうけい變換へんかん[编辑]

ざい古典こてんとぎりゃく-うしとみ力學りきがくうらはた物理ぶつり定律ていりつしたがえいち慣性かんせいある加速かそく包括ほうかつ旋轉せんてんすわしるべけい參考さんこうすわしるべけい以定そく移動いどう,其中包括ほうかつれいそく變換へんかんいた另一個坐標系的變換即為伽利略變換。

以下いか標示ひょうじr, v, a てき物理ぶつりりょうざいすわしるべけいFてき位置いち速度そくど加速度かそくど物理ぶつりりょう,而標示ひょうじr’, v’, a’ てき物理ぶつりりょうざい以相對坐たいざしるべけいF移動いどう速度そくどVある角速度かくそくどΩおめがてきすわしるべけいF’てきてき位置いち速度そくど加速度かそくど物理ぶつりりょう相對そうたいてき,F相反あいはんてき速度そくど(—V or —Ωおめが) 相對そうたい於F'移動いどう。此情がた類似るいじ相對そうたい加速度かそくど

運動うんどう方式ほうしき 慣性かんせいすわしるべけい 加速かそくすわしるべけい
移動いどう

V = 兩個りゃんこ慣性かんせいすわしるべけいFF'これあいだてき相對そうたいてい速度そくど
A = 兩個りゃんこ加速かそくすわしるべけいFF'これあいだてき相對そうたいへん加速度かそくど

相對そうたい位置いち

相對そうたい速度そくど

とうこう加速度かそくど

相對そうたい加速度かそくど

假想かそうりょく

うたてどう

Ωおめが = 兩個りゃんこ慣性かんせいすわしるべけいFF'これあいだてき相對そうたいてい角速度かくそくど
Λらむだ = 兩個りゃんこ加速かそくすわしるべけいFF'これあいだてき相對そうたいへんすみ加速度かそくど

相對そうたいかく位置いち

相對そうたい速度そくど

とうこう加速度かそくど

相對そうたい加速度かそくど

假想かそうりょくのり

はたこうりょうT轉換てんかんいた旋轉せんてん座標ざひょうけい

機械きかい振子ふりこ[编辑]

運動うんどうかたほど
物理ぶつり情況じょうきょう 術語じゅつご ひらうつりかたほど かくかたほど
簡諧運動うんどう
(SHM)
  • x = よこむこううつり
  • θしーた = かくうつり
  • A =よここう振幅しんぷく
  • Θしーた = 角振つのふりはば

かい

かい

受迫阻尼
  • b = 阻尼常數じょうすう
  • κかっぱ = 扭轉常數じょうすう

かいぶんωおめが):

諧振しきりつ

阻尼りつ

激發げきはつてきあずか壽命じゅみょう(Expected lifetime of excitation):

かい

諧振しきりつ

阻尼りつ

激發げきはつてきあずか壽命じゅみょう(Expected lifetime of excitation):

かくしきりつ
物理ぶつり情況じょうきょう 術語じゅつご かたほど
せんせい阻尼受迫簡諧振子ふりこ
  • k = たま簧常すう
  • m = かね擺質りょう
せんせい受迫阻尼諧振子ふりこ
  • k = たま簧常すう
  • b = 阻尼係數けいすう
てい振幅しんぷくかく簡諧振子ふりこ
  • I = 相對そうたい擺動じくうたてどう慣量
  • κかっぱ = 扭轉常數じょうすう
てい振幅しんぷくたん
  • L = 擺錘ちょうたび
  • g = 重力じゅうりょく加速度かそくど
  • Θしーた = 角振つのふりはば
近似きんじ

精確せいかく值可以表示ひょうじなり

機械きかい振盪しんとうてきのうりょう
物理ぶつり情況じょうきょう 術語じゅつご かたほど
簡諧運動うんどうのうりょう
  • T = どうのう
  • U = いきおいのう
  • E = そうのうりょう
いきおいのう

ざいx = Aしょてき最大さいだい值:

どうのう

そうのうりょう

阻尼諧振子ふりこのうげん

相關そうかん條目じょうもく[编辑]

參考さんこう資料しりょう[编辑]

  1. ^ Mayer, Sussman & Wisdom 2001だいxiiiぺーじ
  2. ^ Berkshire & Kibble 2004だい1ぺーじ
  3. ^ Berkshire & Kibble 2004だい2ぺーじ
  4. ^ Arnold 1989だいvぺーじ
  5. ^ Section: Moments and center of mass. 
  6. ^ R.P. Feynman; R.B. Leighton; M. Sands. Feynman's Lectures on Physics (volume 2). Addison-Wesley. 1964: 31–7. ISBN 978-0-201-02117-2. 
  7. ^ "Relativity, J.R. Forshaw 2009"
  8. ^ "Mechanics, D. Kleppner 2010"
  9. ^ "Relativity, J.R. Forshaw 2009"
  10. ^ "Relativity, J.R. Forshaw 2009"