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標(biāo)題: 什么是剛體？什么是質(zhì)點(diǎn)？ [打印本頁]
作者: 曉昀 時(shí)間: 2021-8-20 06:53
標(biāo)題: 什么是剛體？什么是質(zhì)點(diǎn)？
本帖最后由 曉昀 于 2021-8-20 06:55 編輯
什么是質(zhì)點(diǎn)？
質(zhì)點(diǎn)是有一定質(zhì)量的一個(gè)點(diǎn)。比如，物體的總的質(zhì)量是m，在物理上把它簡化成一個(gè)點(diǎn)。一個(gè)圓球，大家知道圓球可大可小。根據(jù)研究問題的尺度的不同而設(shè)定。如果只研究這個(gè)圓球在空中的一個(gè)軌跡的話，可以把它簡化成一個(gè)所謂的質(zhì)點(diǎn)模型。物體沿著一個(gè)拋物線來運(yùn)動，在看它的運(yùn)動軌跡的時(shí)候，沒有必要把這個(gè)物體放得很大，只需知道它的質(zhì)量。所以，把它簡化成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)知道在這個(gè)點(diǎn)上的作用力，那這個(gè)模型就可以做得很簡單。
質(zhì)點(diǎn)模型在靜力學(xué)和理論力學(xué)研究的問題中，特別是運(yùn)動學(xué)，是最常用的一個(gè)模型。
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什么是剛體？
剛體是想象中一個(gè)不可變形的物體，為什么說是剛體呢？
“剛”的意思就是不能變形。所研究的對象不考慮它的變形，稱為剛體。如果考慮變形，該研究對象就稱為變形體，也就是材料力學(xué)里面所要研究的內(nèi)容。
那么，剛體有什么作用？
我們所研究的很多對象都可以簡化成一種剛體的模型，而這個(gè)剛體的模型，它有一個(gè)重要的特質(zhì)？如下所示：
一個(gè)粉筆盒從這個(gè)位置挪到另一位置，如果單純是挪動，可以把它看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來運(yùn)動。如果要考慮在這個(gè)運(yùn)動過程中，它是翻轉(zhuǎn)過來的，除了它本身的質(zhì)心沿著一個(gè)軌跡挪動之外，到了另一位置以后，它原來是開口朝上，到另一端后開口朝另一個(gè)方向（如下圖是朝右）。在這個(gè)過程中，它本身還有一些轉(zhuǎn)動。所以，這個(gè)剛體的模型是用來描述我們所給的這個(gè)物體，除了它本身質(zhì)心的運(yùn)動之外，還有一個(gè)非常重要的就是它本身的一個(gè)轉(zhuǎn)動。
因此，轉(zhuǎn)動這個(gè)概念對剛體來說也是非常重要的特質(zhì)。
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那么，怎么描述剛體不可變形或者轉(zhuǎn)動呢？
實(shí)際上，剛體從一端轉(zhuǎn)動到另一端，從直觀上看，可以看到它的轉(zhuǎn)動，從力學(xué)的語言或者數(shù)學(xué)語言怎么描述轉(zhuǎn)動呢？
在剛體內(nèi)找若干個(gè)任意兩點(diǎn)連成的線段，這些線段經(jīng)過一定的變化后，它們將變化到相應(yīng)的位置。剛體內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離，在整個(gè)變化或者運(yùn)動以后，距離保持不變。
所以，原來剛體內(nèi)部任意兩點(diǎn)之間的距離是多少，變化后距離還是多少。這是一個(gè)比較重要的概念，這就是剛體本身怎么來描述它是不變形的。就是用剛體內(nèi)部若干個(gè)小的線段，而這個(gè)線段由你來定義。剛體從原來狀態(tài)變到另一狀態(tài)以后， 它原來的線段（即任意兩點(diǎn)之間的距離）都沒有變化。
實(shí)際上，就是剛體沒有變形。
質(zhì)點(diǎn)：當(dāng)物體的線度和形狀在所研究的問題中的作用可以忽略不計(jì)時(shí)，我們可以將物體抽象為一個(gè)具有質(zhì)量、占有位置，但無形狀、大小的“點(diǎn)”，稱為質(zhì)點(diǎn)。
質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體都是力學(xué)中常用的理想模型。對同一研究對象，當(dāng)所研究問題的條件不同時(shí)，可以選用不同模型進(jìn)行描述。
一般在以下情況下可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)：剛體做平動時(shí)，內(nèi)部各點(diǎn)具有相似的軌道、相同的速度和加速度，它們的運(yùn)動情況相同，只需研究其中一點(diǎn)的運(yùn)動情況，故將平動物體簡化為質(zhì)點(diǎn)。
物體的幾何尺寸在所討論的問題中比物體運(yùn)動的范圍小許多，其形狀和大小可以忽略時(shí)，可以把物體看作質(zhì)點(diǎn)。
如果所研究的物體不能看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)處理，那么，可以把物體看成由許多微小部分所組成，每一微小部分內(nèi)部各點(diǎn)的運(yùn)動狀態(tài)接近于相同，可把它看作質(zhì)點(diǎn) （或質(zhì)量元），由質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)量元組成的物體，又稱為質(zhì)點(diǎn)系。
質(zhì)點(diǎn)的概念在大至宏觀宇宙天體，小至微觀粒子領(lǐng)域中應(yīng)用，都是很成功的。
質(zhì)點(diǎn)，失去了大小和形狀，卻還擁有它唯一的質(zhì)量；剛體，如同永恒愛你的心
永不會變形。
作者: hxt610 時(shí)間: 2021-8-20 07:48
為你點(diǎn)贊！雖然是最基礎(chǔ)的知識，卻是一切運(yùn)動學(xué)、力學(xué)的根本。
作者: 南京三科智控 時(shí)間: 2021-8-20 08:40
受教了，感謝
作者: move3309 時(shí)間: 2021-8-20 08:46
好帖！
沒有基礎(chǔ)概念或者基礎(chǔ)概念含糊，解決實(shí)際問題也是一團(tuán)漿糊。
作者: zhaijunwang 時(shí)間: 2021-8-20 09:34
受教了
作者: 遠(yuǎn)祥 時(shí)間: 2021-8-23 02:02
學(xué)習(xí)了，感謝樓主分享
作者: 的確良 時(shí)間: 2021-8-23 08:29
不錯(cuò)啊！感謝樓主科普
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