達朗貝爾原理

達朗貝爾原理

達朗貝爾原理(D'Alembert's principle)是求解約束系統動力學問題的一個普遍原理,由法國數學家和物理學家J.達朗貝爾於1743年提出 。達朗貝爾在《動力學》一書中,提出了達朗貝爾原理,與牛頓第二定律相似,但其發展在於可以把動力學問題轉化為靜力學問題處理,還可以用平面靜力的方法分析剛體的平面運動,這一原理使一些力學問題的分析簡單化,而且為分析力學的創立打下了基礎。達朗貝爾還對當時運動量度的爭論提出了自己的看法,他認為兩種量度是等價的,並提出了物體動量的變化與力的作用時間有關。達朗貝爾第一次用微分方程表示場,同時提出了著名的達朗貝爾原理——流體力學的一個原理,雖然存在一些問題,但是達朗貝爾第一次提出了流體速度和加速度分量的概念。達朗貝爾的力學知識為天文學領域做出了重要貢獻。同時達朗貝爾發現了流體自轉時平衡形式的一般結果,關於地球形狀和自轉的理論 。

基本內容

達朗貝爾原理

d'Alembert principle

研究有約束的質點系動力學問題的一個原理。由J.le R.達朗貝爾於1743年提出而得名。對於質點系內任一個質點,此原理的表達式為F+N-ma=0,式中F為作用於質量為m的某一質點上的主動力,N為質點系作用於質點的約束力,a為該質點的加速度。從形式上看 , 上式與從牛頓運動方程F+N=ma中把ma移項所得結果相同。於是,後人把-ma 看作慣性力而把達朗貝爾原理表述為:在質點受力運動的任何時刻,作用於質點的主動力、約束力和慣性力互相平衡。利用達朗貝爾原理,可將質點系動力學問題化為靜力學問題來解決,這種動靜法的觀點對力學的發展產生了積極的影響。

d'Alembert principle

作用於一個物體的外力與動力的反作用之和等於零。即

F+(-Ma)+N=0 (1)

其中M,a為物體質量和加速度,F為物體受到的直接外力,N為物體受到的約束反作用力(也是外力)。在沒有約束時,相應的N=0,(1)式成為

F-Ma=0 (2)

與牛頓的運動第二定律一致,只是進行了移項。但這是概念上的變化,有下列重要意義:

①用(2)式表達的是平衡關係,可以把動力學問題轉化為靜力學問題來處理。

②在有約束情況下,用(1)式非常有利;它與虛功原理結合後,可列出動力學的普遍方程。

③用於剛體的平面運動時,可利用平面靜力學方法,使問題簡化。

實際上,達朗貝爾原理還為不久後創立的分析力學打下了基礎。

研究有約束的質點系動力學問題的一個原理。由J.le R.達朗貝爾於1743年提出而得名。對於質點系內任一個質點,此原理的表達式為F+N-ma=0,式中F為作用於質量為m的某一質點上的主動力,N為質點系作用於質點的約束力,a為該質點的加速度。從形式上看 , 上式與從牛頓運動方程F+N=ma中把ma移項所得結果相同。於是,後人把-ma 看作慣性力而把達朗貝爾原理表述為:在質點受力運動的任何時刻,作用於質點的主動力、約束力和慣性力互相平衡。利用達朗貝爾原理,可將質點系動力學問題化為靜力學問題來解決,這種動靜法的觀點對力學的發展產生了積極的影響。

單粒子簡化版本

簡化一點說,對於質點系內任一個質點,此原理的表達式為 F+N-ma=0 ,式中F為作用於質量為m的某一質點上的主動力,N為質點系作用於質點的約束力,a為該質點的加速度。從形式上看 , 上式與從牛 頓運動方

F+N=ma中把ma移項所得結果相同。於是,後人把-ma 看作慣性力而把達朗貝爾原理表述為:在質點受力運動的任何時刻,作用於質點的主動力、約束力和慣性力互相平衡。利用達朗貝爾原理,可將質點系動力學問題化為靜力學問題來解決,這種動靜法的觀點對力學的發展產生了積極的影響 。

達朗貝爾,J.L.R.(D‘Alembert Jean Le Rond) 1717年11月17日生於法國巴黎;1783年10月29日卒於巴黎。物理學、數學。

達朗貝爾是多產科學家,他對力學、數學和天文學的大量課題進行了研究;論文和專著很多,還有大量學術通信。僅1805年和1821年在巴黎出版的達朗貝爾《文集》(Oeuvres)就有23卷。

達朗貝爾作為數學家,同18世紀其他數學家一樣,認為求解物理(主要是力學,包括天體力學)問題是數學的目標。正如他在《百科全書》序言中所說:科學處於從17世紀的數學時代到18世紀的力學時代的轉變,力學應該是數學家的主要興趣。他對力學的發展作出了重大貢獻,也是數學分析中一些重要分支的開拓者。

經典力學重要理論

經典力學是力學的一個分支,它以牛頓運動定律為基礎,在巨觀世界和低速狀態下,研究物體的運動。
牛頓運動定律 由牛頓總結於17世紀並發表於《自然哲學的數學原理》,包含三大力學基本定律
胡克定律 力學彈性理論的基本定律,即在彈性限度內,物體的形變跟引起形變的外力成正比
達朗貝爾原理 由法國物理學家與數學家達朗貝爾於1743年發現並提出
哈密頓原理 關於平穩作用量的原理,也可套用於經典場,如電磁場、引力場、量子場等
最小作用量原理 當套用於一個機械系統的作用量時,可以得到此機械系統的運動方程

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