2025年高考運(yùn)動學(xué)簡史

　　運(yùn)動學(xué)簡史

　　運(yùn)動學(xué)是理論力學(xué)的一個分支學(xué)科，它是運(yùn)用幾何學(xué)的方法來研究物體的運(yùn)動，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運(yùn)動和力的關(guān)系，則是動力學(xué)的研究課題。

　　用幾何方法描述物體的運(yùn)動必須確定一個參照系，因此，單純從運(yùn)動學(xué)的觀點(diǎn)看，對任何運(yùn)動的描述都是相對的。這里，運(yùn)動的相對性是指經(jīng)典力學(xué)范疇內(nèi)的，即在不同的參照系中時間和空間的量度相同，和參照系的運(yùn)動無關(guān)。不過當(dāng)物體的速度接近光速時，時間和空間的量度就同參照系有關(guān)了。這里的“運(yùn)動”指機(jī)械運(yùn)動，即物體位置的改變；所謂“從幾何的角度”是指不涉及物體本身的物理性質(zhì)(如質(zhì)量等)和加在物體上的力。

　　運(yùn)動學(xué)主要研究點(diǎn)和剛體的運(yùn)動規(guī)律。點(diǎn)是指沒有大小和質(zhì)量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點(diǎn)。剛體是沒有質(zhì)量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運(yùn)動學(xué)包括點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)和剛體運(yùn)動學(xué)兩部分。掌握了這兩類運(yùn)動，才可能進(jìn)一步研究變形體(彈性體、流體等)的運(yùn)動。

　　在變形體研究中，須把物體中微團(tuán)的剛性位移和應(yīng)變分開。點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)研究點(diǎn)的運(yùn)動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運(yùn)動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運(yùn)動學(xué)還要研究剛體本身的轉(zhuǎn)動過程、角速度、角加速度等更復(fù)雜些的運(yùn)動特征。剛體運(yùn)動按運(yùn)動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉(zhuǎn)動、剛體平面運(yùn)動、剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動和剛體一般運(yùn)動。

　　運(yùn)動學(xué)為動力學(xué)、機(jī)械原理(機(jī)械學(xué))提供理論基礎(chǔ)，也包含有自然科學(xué)和工程技術(shù)很多學(xué)科所必需的基本知識。

　　運(yùn)動學(xué)的發(fā)展歷史

　　運(yùn)動學(xué)在發(fā)展的初期，從屬于動力學(xué)，隨著動力學(xué)而發(fā)展。古代，人們通過對地面物體和天體運(yùn)動的觀察，逐漸形成了物體在空間中位置的變化和時間的概念。中國戰(zhàn)國時期在《墨經(jīng)》中已有關(guān)于運(yùn)動和時間先后的描述。亞里士多德在《物理學(xué)》中討論了落體運(yùn)動和圓運(yùn)動，已有了速度的概念。

　　伽利略發(fā)現(xiàn)了等加速直線運(yùn)動中，距離與時間二次方成正比的規(guī)律，建立了加速度的概念。在對彈射體運(yùn)動的研究中，他得出拋物線軌跡，并建立了運(yùn)動(或速度)合成的平行四邊形法則，伽利略為點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，惠更斯在對擺的運(yùn)動和牛頓在對天體運(yùn)動的研究中，各自獨(dú)立地提出了離心力的概念，從而發(fā)現(xiàn)了向心加速度與速度的二次方成正比、同半徑成反比的規(guī)律。

　　18世紀(jì)后期，由于天文學(xué)、造船業(yè)和機(jī)械業(yè)的發(fā)展和需要，歐拉用幾何方法系統(tǒng)地研究了剛體的定軸轉(zhuǎn)動和剛體的定點(diǎn)運(yùn)動問題，提出了后人用他的姓氏命名的歐拉角的概念，建立了歐拉運(yùn)動學(xué)方程和剛體有限轉(zhuǎn)動位移定理，并由此得到剛體瞬時轉(zhuǎn)動軸和瞬時角速度矢量的概念，深刻地揭示了這種復(fù)雜運(yùn)動形式的基本運(yùn)動特征。所以歐拉可稱為剛體運(yùn)動學(xué)的奠基人。

　　此后，拉格朗日和漢密爾頓分別引入了廣義坐標(biāo)、廣義速度和廣義動量，為在多維位形空間和相空間中用幾何方法描述多自由度質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動開辟了新的途徑，促進(jìn)了分析動力學(xué)的發(fā)展。

　　19世紀(jì)末以來，為了適應(yīng)不同生產(chǎn)需要、完成不同動作的各種機(jī)器相繼出現(xiàn)并廣泛使用，于是，機(jī)構(gòu)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)構(gòu)學(xué)的任務(wù)是分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動設(shè)計新的機(jī)構(gòu)和進(jìn)行機(jī)構(gòu)的綜合�，F(xiàn)代儀器和自動化技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)機(jī)構(gòu)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，提出了各種平面和空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和綜合的問題，作為機(jī)構(gòu)學(xué)的理論基礎(chǔ)，運(yùn)動學(xué)已逐漸脫離動力學(xué)而成為經(jīng)典力學(xué)中一個獨(dú)立的分支。

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