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6-1质点运动微分方程例题在线视频

6-1质点运动微分方程例题

下一节:6-2 质点在非惯性系中的运动

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6-1质点运动微分方程例题课程教案、知识点、字幕

例1

空气中落体的运动

已知质点的质量为m

初速度为0

下落时受到的空气阻力与速度的平方成正比

比例系数为K 求 落体的运动规律

首先的话呢我们分析运动

建立坐标系确定广义坐标

以Y为广义坐标 就竖直向下

我们来进行受力分析

画出任意位置的受力图

受到重力向下和阻力向下

那么建立以下运动微分方程

就是质量乘以加速度

等与V V 的话就是重力mg

加上阻力

阻力的话是反方向的

所以是减掉Kv²

那么下面我们进行数学求解

就是已知力求运动

所以的话需要知道初始条件

根据加速度等于

重力加速减掉K/m

乘以速度平方

我们把这公式再处理一下

变成加速度等于k/m

括号里面C²减掉V²

其中的话C等于根号下面mg/k

那么这部分提出来的话呢

等会儿我们看出来C是有特定含义的

从这公式中我们可以看出来

C²-V²

实际上的话呢C是具有数量的

那么这个式子积分一下之后

分离变量进行积分

同时考虑初始条件

速度从0积到速度U

时间从0积到速度T

那么代入速度条件之后

我们可以积分出结果

那么得到这样一个结果

得到速度等于C乘以tanh(gt/c)

那么tanh是双曲正切

把这个函数再积分一下得到位置

Y等于c²/g

自然对数里面cosh(gt/c)

cosh是双曲余切

那么如果我们画出速度时间曲线

得到这样一个图

水平是gt/c

竖直是v/c

也就是说把时间和速度进行归一化之后

得到这样一个曲线

我们看到速度很快就趋近一个给定的值

那么这个值的话呢

是速度除以C所得到的一个值

也就是说c的话呢速度逐渐趋近的一个值

那么下面我们进行动力学分析

首先的话呢存在一个极限速度

即不管初始条件如何

空气中落体的速度最终会趋于某一个值

那么这个值的话呢我们可以根据

动力学方程得出来

这是当他趋于极限运动时候

重力和空气阻力平衡

因此得到

加速度等于g-k/m×v²等于0

从这公式中可以求出来

mg等于k速度最大值的平方

也就是说 速度最大值等于根号下面

mg/k 也就是说这个最大速度

就是我们前面定义的c

所以的话呢c就是极限速度的意思

那么我们用前面的结果来解释一下

高空中跳伞的问题

降落伞在空中张开之后

受到空气的阻力

所以他可以很快达到一个极限速度

那么根据实际情况的话呢

我们知道这个极限速度大概是每秒5米

那么这个速度是什么概念呢

就是以这个速度落地的时候

他所受的冲量的话呢

是相当与1.25米高空中跳下去的速度

可以想一下跳伞的时候从上千米的高度跳下来

落地的时候

只相当于从1.25米

高度跳下来所以是很安全的

当然我们可以分析另外一个问题

就是跳伞的时候高度太低是很危险的

因为高度如果很低的话呢

伞来不及张开

这时候的话呢他的极限速度啊

就远远大于5米每秒了 这时候人就有危险

理论力学课程列表:

绪论

-绪论

--绪论

第一章 点的运动学

-1-1 矢量描述法

--第一章运动的描述

--1-1 矢量描述法

--矢量及其运算

-1-2 直角坐标描述法

--1-2直角坐标描述法

--例题1 椭圆规

--例题2 圆轮滚动

-1-3 自然坐标描述法

--1-3 自然坐标描述法

--例题3 单摆

-1-4 极坐标描述法

--1-4 极坐标描述法

--例题4 演员

--讨论题 多种方法求解

-扩展内容

--a 点的运动学扩展

--b 观察与思考

--c 时间与方向

--d 仰望星空

--e 兔子追击问题

-第一章 点的运动学--作业

第二章 刚体运动学

-2-1 刚体的定义与运动形式

--2-1 刚体的定义与刚体的运动形式

-2-2 刚体的矢量-矩阵描述

--2-2 刚体运动的矢量-矩阵描述

--2-2-0 刚体运动的矢量-矩阵描述

--2-2-1 刚体的运动方程

--2-2-2 刚体上任意点的速度和加速度

--2-2刚体的矢量-矩阵描述例题1-2

-2-3 刚体平面运动

--2-3 刚体平面运动

--2-3-1 平面运动的运动方程

--2-3-2 刚体上任意点的速度和加速度

--2-3-3 速度分析 基点法

--2-3-3 速度分析 瞬心法

--2-3-3 速度分析 速度投影定理

--2-3-3速度分析 刚体平面运动的瞬心轨迹

--2-3-4 刚体平面运动的加速度分析

--2-3-3速度分析例题1-4

--2-3-4加速度分析例题1-4

-2-4 刚体定点运动

--2-4-1 刚体定点运动几何分析

--2-4-2 刚体定点运动的解析描述

-扩展内容

--2-扩展-a加速度是否存在投影定理

--2-扩展-b图形放大器

--2-扩展-c连弩射击

--2-扩展-d关于刚体的转动

--2-扩展-e欧拉角探秘

-第二章 刚体运动学--作业

第三章 复合运动

-3-1 点的复合运动

--3-1 点的复合运动

--3-1-1 运动方程

--3-1-2 矢量的绝对导数与相对导数

--3-1-3 速度合成定理

--3-1-4 加速度合成定理

-3-2 刚体复合运动

--3-2 刚体复合运动

-例题

--3-1-1 运动方程例题1 工件轨迹

--3-1-3 速度合成定理例题1-3

--3-1-4 加速度合成定理例题1-4

--3-2-1 角速度合成例题1-3

--3-2-2 刚体定点运动例题1-2

-扩展内容

--钟表的设计

--寻找四叶草

--差动齿轮

--指南车

--逆行风车

-第三章 复合运动--作业

第四章 几何静力学

-4-0 静力学公理序言

--4-0 静力学公理序言

-4-1 主矢量和主矩

--4-1 主矢量和主矩

-4-2 力系的等效与简化

--4-2 力系的等效与简化

-4-3 受力分析与刚体平衡

--4-3 受力分析与刚体平衡

-4-4 平面力系的平衡方程

--4-4平面力系的平衡方程

-4-5 考虑摩擦的平衡问题

--4-5考虑摩擦的平衡问题

-4-6 刚体系的平衡

--4-6-1 组合结构

--4-6-2 桁架

--4-6-3 机构

-例题

--4-1 主矢量和主矩例题1-3

--4-2 力系的等效与简化例题1-3

--4-3 受力分析与刚体平衡例题1-3

--4-4 平面力系的平衡方程例题1-2

--4-5 考虑摩擦的平衡问题例题1-6

--4-6-1 刚体系的平衡例题1-3

--4-6-2 桁架例题1-4

-扩展内容

--4-扩展-a纸桥过车

--气球的平衡

--平衡大师

--4-扩展-d动物爬绳

--4-扩展-e力学与考古

-第四章 几何静力学--作业

第五章 分析静力学

-5-1 约束及其分类

--约束及其分类

-5-2 虚位移

--虚位移

-5-3 虚功原理

--虚功原理

-5-4 广义坐标和广义力

--广义坐标和广义力

-5-5 势力场中的平衡

--势力场中的平衡方程

-例题

--5-3 虚位移原理例题

--5-4 广义坐标和广义力例题

--5-5 势力场中的平衡方程例题

-扩展内容

--关于投影

--不倒翁

--5-扩展-c欹器

--冈布茨

-第五章 分析静力学--作业

第六章 质点动力学

-6-1 质点运动微分方程

--6-1质点运动微分方程

--6-1质点运动微分方程例题

-6-2 质点在非惯性系中的运动

--6-2 质点在非惯性系中的运动

--6-2质点在非惯性系中的运动例题1

-6-3 相对地球的运动

--6-3 相对地球的运动

-扩展内容

--宇航员的问题

--6-扩展-b在小行星上打台球

--失重现象及模拟失重

--非线性方程的近似解

--落体问题在惯性系中解释

-第六章 质点动力学--作业

第七章 质点系动力学

-7-1 质点系动量定理

--7-1 质点系动量定理

-7-2 质点系动量矩定理

--7-2-1 质点系的动量矩

--7-2-2 质点系动量矩定量

--7-2-3 刚体定轴转动微分方程

--7-2-4 刚体平面运动微分方程

-7-3 质点系动能定理

--7-3 质点系的动能定理

-7-4 质系普遍定理的综合应用

--7-4 质系普遍定理的综合应用

-7-5 碰撞

--7-5 碰撞

-例题

--7-1 质点系动量定理1-4

--7-2-1 质点系动量矩例题1

--7-2-2 质点系动量矩定理例题1-2

--7-2-3 刚体定轴转动微分方程例题1-2

--7-3 质点系动能定理例题1-2

--7-4 质系普遍定理的综合应用例题1-2

--7-5 碰撞例题1-4

-扩展内容

--7-拓展-a跳高

--7-扩展-b跳水

--7-拓展-c手机吊冰箱

--7-扩展-d小鸭下山

--7-扩展-e飞针穿玻璃

--第七章 质点系动力学--作业

第八章 分析动力学

-8-1 达朗贝尔原理

--8-1达朗贝尔原理

-8-2 达朗贝尔-拉格朗日原理

--8-2达朗贝尔-拉格朗日原理

-8-3 第二类拉格朗日方程

--8-3第二类拉格朗日方程

-8-4 拉格朗日方程首次积分

--8-4拉格朗日方程首次积分

-例题

--达朗贝尔原理例题

--8-2达朗贝尔原理-拉格朗日

--8-3第二类拉格朗日方程

--8-4拉格朗日方程首次积分

-扩展内容

--广义动量守恒

--广义能量守恒

--非定常约束

--无轮小车

-第八章 分析动力学--作业

6-1质点运动微分方程例题笔记与讨论

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