理论力学公式集锦

第一章静力学

力对点之矩 m O (F )=r ⨯F 力对轴之矩 m z (F )=(r xy ⨯F xy ) ⋅k

力偶对空间任意点O m o (F , F ')=m o (F )+m o (F ')=(r A -r B )⨯F =r ⨯F

R =∑F i 主矢主矩

平行力系中心 物体的重心

连续物体,比重为γ=γ(x , y , z )

M O =∑m O (F i )

M O ⋅R ≡0

x C

i

x ∆W =

W

i

y C

y ∆W ∑=

i

i

W

z C

z ∆W =

i

i

W

⎰γxdv

x C =

⎰γdv

v

y C =

⎰γydv

v

⎰γdv

v

z C =

⎰γzdv

v

⎰γdv

v

力系平衡的充分必要条件:R = ∑F i = 0 M O = ∑m O (F i )=0 第二章运动学基础 1、自然法(弧坐标法)

s =运动方程速度 s (t )

加速度

v =

τ+a = s

v 2

d r d s d r

τ=⋅=s

d t d t d s

ρ

n =a ττ+a n n

d r d

e ρ+ρϕ e ϕv ==(ρe ρ)=ρ

dt dt

2、极坐标法

ρ=ρt ϕ=ϕt 加速度

角速度矢量、角加速度矢量

2

d ωd ϕd ϕ

=2k =εk ω=k =ωk ε=

d t d t d t

定轴转动刚体内点的速度和加速度v=ω×r

a=ε×r+ω×(ω×r)

=R ε =R ωa τ=v v 2

a n ==R ω2

R

泊松(Poisson)公式

=ω⨯b b

第三章刚体复杂运动运动学 基点法

v B =v A +ω⨯r '=v A +v BA

速度投影定理 v A cos α=v B cos β加速度分析

a M =a A +ε⨯r '+ω⨯(ω⨯r ')a M =a A +a MA +a

~ d A d A

=+ω⨯A dt dt

τ

n

MA

第四章点的合成运动 矢量的绝对导数与相对导数 速度合成定理 加速度合成定理

v =v r +v e

a =a r +a e +a K

a K =2ω⨯v r

第五章质点动力学

质点动力学基本方程(牛顿第二定律)ma= iF=F 非惯性系的动力学基本方程 相对静止与相对平衡 相对运动动能定理

m a r =F +Q e +Q k

F +Q e =0F +Q e +Q k =0

dT

r =F ⋅d r '+Q e ⋅d r '

T r -T r 0=A F +A Q e

第六章动力学普遍定理 质点系的动量

dkdt

质点系的动量定理

= Fi(e)

质心运动定理mac= Fi(e) 变质量质点的动力学基本方程 m

动量矩 L o (m v c ) =r c ⨯m v c

定轴转动刚体 L z =平面运动刚体

d v =dt

å

F i (e ) +v r

dm dt

L o =L cr +L o (m v c )

∑M z (m i v i )=I z ω

I z =∑m i r i 2

I z ε=M z (F i (e ) )

c -y c x c ) L o =L z =I c ω+m (x c y

d

L o (m v )=v ⨯m v +r ⨯F =M o (F )dt

质点的动量矩定理

d L Ar (e )

=M A +M A (Q e ) 质点系相对动点的动量矩定理

dt

力的功

121n 2

T =mv +m v ∑i ir c 质点系的动能 22i =1

A 12=⎰

M 2

M 1

F i ⋅d r i

1212

平面运动刚体的动能 T =mv c +I c ω

22

i

质点系的动能定理T2−T1=Ae12+A12

势能

U = ⎰M F dx + F dz x F ⋅ d r = ⎰M y dy + F z

M 0 M 0

()

机械能守恒定律

T 1 + U 1 = T 2 + U 2

M

第七章转动惯量与惯量张量 转动惯量

I L =⎰r 2d m

转动惯量的平行轴定理

'=I z +Md 2Ιz

第一章静力学

力对点之矩 m O (F )=r ⨯F 力对轴之矩 m z (F )=(r xy ⨯F xy ) ⋅k

力偶对空间任意点O m o (F , F ')=m o (F )+m o (F ')=(r A -r B )⨯F =r ⨯F

R =∑F i 主矢主矩

平行力系中心 物体的重心

连续物体,比重为γ=γ(x , y , z )

M O =∑m O (F i )

M O ⋅R ≡0

x C

i

x ∆W =

W

i

y C

y ∆W ∑=

i

i

W

z C

z ∆W =

i

i

W

⎰γxdv

x C =

⎰γdv

v

y C =

⎰γydv

v

⎰γdv

v

z C =

⎰γzdv

v

⎰γdv

v

力系平衡的充分必要条件:R = ∑F i = 0 M O = ∑m O (F i )=0 第二章运动学基础 1、自然法(弧坐标法)

s =运动方程速度 s (t )

加速度

v =

τ+a = s

v 2

d r d s d r

τ=⋅=s

d t d t d s

ρ

n =a ττ+a n n

d r d

e ρ+ρϕ e ϕv ==(ρe ρ)=ρ

dt dt

2、极坐标法

ρ=ρt ϕ=ϕt 加速度

角速度矢量、角加速度矢量

2

d ωd ϕd ϕ

=2k =εk ω=k =ωk ε=

d t d t d t

定轴转动刚体内点的速度和加速度v=ω×r

a=ε×r+ω×(ω×r)

=R ε =R ωa τ=v v 2

a n ==R ω2

R

泊松(Poisson)公式

=ω⨯b b

第三章刚体复杂运动运动学 基点法

v B =v A +ω⨯r '=v A +v BA

速度投影定理 v A cos α=v B cos β加速度分析

a M =a A +ε⨯r '+ω⨯(ω⨯r ')a M =a A +a MA +a

~ d A d A

=+ω⨯A dt dt

τ

n

MA

第四章点的合成运动 矢量的绝对导数与相对导数 速度合成定理 加速度合成定理

v =v r +v e

a =a r +a e +a K

a K =2ω⨯v r

第五章质点动力学

质点动力学基本方程(牛顿第二定律)ma= iF=F 非惯性系的动力学基本方程 相对静止与相对平衡 相对运动动能定理

m a r =F +Q e +Q k

F +Q e =0F +Q e +Q k =0

dT

r =F ⋅d r '+Q e ⋅d r '

T r -T r 0=A F +A Q e

第六章动力学普遍定理 质点系的动量

dkdt

质点系的动量定理

= Fi(e)

质心运动定理mac= Fi(e) 变质量质点的动力学基本方程 m

动量矩 L o (m v c ) =r c ⨯m v c

定轴转动刚体 L z =平面运动刚体

d v =dt

å

F i (e ) +v r

dm dt

L o =L cr +L o (m v c )

∑M z (m i v i )=I z ω

I z =∑m i r i 2

I z ε=M z (F i (e ) )

c -y c x c ) L o =L z =I c ω+m (x c y

d

L o (m v )=v ⨯m v +r ⨯F =M o (F )dt

质点的动量矩定理

d L Ar (e )

=M A +M A (Q e ) 质点系相对动点的动量矩定理

dt

力的功

121n 2

T =mv +m v ∑i ir c 质点系的动能 22i =1

A 12=⎰

M 2

M 1

F i ⋅d r i

1212

平面运动刚体的动能 T =mv c +I c ω

22

i

质点系的动能定理T2−T1=Ae12+A12

势能

U = ⎰M F dx + F dz x F ⋅ d r = ⎰M y dy + F z

M 0 M 0

()

机械能守恒定律

T 1 + U 1 = T 2 + U 2

M

第七章转动惯量与惯量张量 转动惯量

I L =⎰r 2d m

转动惯量的平行轴定理

'=I z +Md 2Ιz


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