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剛體的分類

任意剛體兩點(diǎn)連線保持方向不變，各點(diǎn)的位移，速度，加速度相同，可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來處理。

如果剛體在運(yùn)動(dòng)過程中，兩個(gè)坐標(biāo)系的各坐標(biāo)軸永遠(yuǎn)相互平行，這種運(yùn)動(dòng)稱為平動(dòng)。此時(shí)剛體上所有質(zhì)點(diǎn)，都有相同的加速度。故剛體上任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都可以代表整個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)，所以剛體平動(dòng)時(shí)和質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)完全一樣，其自由度為3，可取c點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)xyz為廣義坐標(biāo)，平動(dòng)并不一定是直線運(yùn)動(dòng)，如圖所示的鋼體就是一種平動(dòng)，這里每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都作圓周運(yùn)動(dòng)，鋼體運(yùn)動(dòng)就不再是一種平動(dòng)，這里每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都作圓周運(yùn)動(dòng)。但剛體運(yùn)動(dòng)就不在是平動(dòng)，因?yàn)樵谶@種運(yùn)動(dòng)過程中，固定在剛體上的坐標(biāo)軸并非始終保持和oxyz 的軸平行。

定軸轉(zhuǎn)動(dòng)

剛體上每點(diǎn)繞同一軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)軸空間位置及轉(zhuǎn)動(dòng)方向保持不變。

如果剛體在運(yùn)動(dòng)過程中，至少有兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)保持不動(dòng)，那么將這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的連線取為兩個(gè)坐標(biāo)系的一個(gè)公共坐標(biāo)軸(z)軸，則剛體上各點(diǎn)都饒此軸作圓周運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。剛體再任一時(shí)刻的位置可用ox軸相對于ox.轉(zhuǎn)過的角度φ來確定，如圖4.2所示，其自由度為1，φ就是廣義坐標(biāo)。

平面平行運(yùn)動(dòng)

剛體的質(zhì)心被限制在同一平面內(nèi)，轉(zhuǎn)軸可平動(dòng)，但始終垂直于該平面且通過質(zhì)心。

如果剛體在運(yùn)動(dòng)過程中，剛體中任意一點(diǎn)始終在平行于某一固定平面的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱為平面平行運(yùn)動(dòng)，簡稱平面運(yùn)動(dòng)，此時(shí)只須研究剛體中任一和固定平面平行的截面運(yùn)動(dòng)就夠了。

定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)

剛體上各點(diǎn)都在以某一定點(diǎn)為球心的球面上運(yùn)動(dòng)。

流速定義

流速是指氣體或液體流質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所通過的距離。渠道和河道里的水流各點(diǎn)的流速是不相同的，靠近河(渠)底、河邊處的流速較小，河中心近水面處的流速最大，為了計(jì)算簡便，通常用橫斷面平均流速來表示該斷面水流的速度。

質(zhì)點(diǎn)流速是描述液體質(zhì)點(diǎn)在某瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)快慢的矢量。其方向與質(zhì)點(diǎn)軌跡的切線方向一致。其大小為：單位為m/s,Δs為液體質(zhì)點(diǎn)在Δt時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的距離。水力學(xué)中常著眼于空間點(diǎn)來描述液體運(yùn)動(dòng)，通過某一空間點(diǎn)處的液體質(zhì)點(diǎn)的速度即點(diǎn)流速u，一般為空間點(diǎn)位置r及時(shí)間t的矢量函數(shù),即u=u(r,t)。紊流中,點(diǎn)流速隨時(shí)間作不規(guī)則的變化，一般取某一段時(shí)間內(nèi)的平均值即時(shí)均流速，以及瞬時(shí)流速與時(shí)均流速之差即脈動(dòng)流速作為研究對象。

流速場和流線

各空間點(diǎn)流速的集合構(gòu)成流速場。流線是流速場的幾何表示。它是同一瞬間不同流體質(zhì)點(diǎn)所組成的曲線，線上所有質(zhì)點(diǎn)的流速矢量都和該曲線相切。同一瞬間通過流動(dòng)空間各點(diǎn)的流線所構(gòu)成的流線圖給出該瞬間整個(gè)流動(dòng)的清晰圖象。若點(diǎn)流速不隨時(shí)間而變化，則為恒定流;否則為非恒定流。非恒定流的流線和流線圖隨時(shí)間而變化。

元流和總流

處處垂直于流線的液流橫斷面稱為過水?dāng)嗝?。過水?dāng)嗝婷娣e無限小的液流稱為元流。由無數(shù)個(gè)元流所組成,過水?dāng)嗝婷娣e有限的整個(gè)液流(如管流、明渠水流)稱為總流。研究總流中斷面平均流速的大小和方向沿流程變化的規(guī)律,是水力學(xué)中常用的總流分析法。斷面平均流速的大小等于通過該斷面的流量Q 除以斷面面積A,即v=Q/A,方向垂直于過水?dāng)嗝妗＿€可用斷面流速分布圖來表示過水?dāng)嗝嫔狭魉俜植疾痪鶆虻那闆r。以管流為例,壁面上流速為零,由壁面到管軸,流速逐漸增大。紊流時(shí)由于橫向混摻作用，流速分布遠(yuǎn)比層流時(shí)均勻。

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