理力·动力学(上)

今天的推导有点挑战性,因为动量矩定理好久不用了,只记得和动量定理形式相同,转动惯量对应质量,角速度对应速度还有力矩对应力。推导过程还是费了些周章,因为这里的方向非常多,方向向量的、叉乘的还有人为规定的符合右手定则的力矩方向。这些在推导还有微分求导的时候要搞清楚,很容易混乱和出错,其他倒还没什么。这里的推导给我的感受是数学过程纷繁复杂,但是结果简洁明了,推导一遍就够了,没有太大必要记住推导,注重推导过程锻炼数学思维就够了。
到这里仍然是古典力学的范畴,包括后面的动能定理。这里看的都很粗糙,很快,我当初决定再看一遍的初衷也是再学习一遍分析力学的方法。因为当前的动力学分析都是基于古典力学,我在图书馆借到过一本英国人编写的车辆动力学,整本书没有一个传统的受力图,完全基于分析力学的纯数学推导。我也希望能够换个角度认识汽车这款工业产品。
今天看到的这三章前两章也是高中内容,牛顿定律和描述平动的动量定理。其实高中先学牛顿力(必修一)学再学能量分析(必修二)最后学(甚至我们当时是选修)动量(选修3-5),这个思路有待商榷,因为牛顿第二定律微分表达式其实就是动量定理,反而动能定理是从另外一个角度(力的空间效应——能量)阐述力与运动的关系。
最后这个动量矩定理的推导过程我是很享受的。首先是锻炼数学直觉,包括多元微分,叉乘求微分,矢量求微分,求和与微分互换计算顺序。。。其次再次熟悉了刚体的平面运动,如果刚体只有平动,就可以看做质点,质心表示质点,这是中学问题;如果刚体平移运动过程还有旋转,就再加上合外力对质心合力矩等于刚体绕质点的动量矩,质心的作用非常重要,很大程度简化了计算。但是若不考虑绕质心的转动就需要推导更复杂的表达式了,应该还涉及到张量(大二学习的时候了解过,没深入推导)。



