❶ 大学物理动力学问题(简单)
假设物体在某一时刻相对于斜面的速度为V,此时斜面的速度为u,那么物体相对于地面的水平速度为(u-vcos)θ)
如果系统水平方向的动量守恒,则:
Mu+m(u-vcosθ)=0
解为u=mvcosθ/(M+M)
两边的时间t积分:
∫udt=m/(m+m)∫vcosθdt
∫ UDT-----是斜面相对于地面的位移X
∫vcosθDT——物体相对于斜面的水平位移,即H/tanθ
因此,斜面的位移x=MH/(M+M)tanθ,
其实,直接用动力学基本方程(牛顿第二定律)分析也是可以的。
❷ 这是一道大学理论力学的动力学计算题,图我就不给了,很简单的图,一根杆直立于水平面就好了
由机械能守恒:mg*L/2=m*Vc^2/2+Jc*w^2/2
其中Vc为刚到达地面时质心的速度,方向垂直向下,W为要求的角速度,Jc=mL^2/12为转动惯量。
gL=Vc^2+(Lw)^2/12 (1)
设杆接触地面的那一端为A,则其速度方向为水平方向,质心C的速度方向垂直向下(水平方向动量守恒),因此A点为速度瞬心, Vc=Lw/2 (2)
(1)、(2)得, w=(3g/L)^(0.5)
设质心的加速度为ac,约束力为Fn,以e表示角加速度,则
mac=mg-Fn Jc*e=Fn*L/2
消去Fn L*e/6=g-ac
由于A点的加速度方向沿水平方向,因此以C点为基点考虑A点,有关系式 ac-e*L/2=0
可求得 ac=3g/4 Fn=mg/4
❸ 分子动力学的基本步骤
用抽样所得体系的各个状态计算当时体系的势能,进而计算构型积分。作用势与动力学计算
作用势的选择与动力学计算的关系极为密切,选择不同的作用势,体系的势能面会有不同的形状,动力学计算所得的分子运动 和 分子内部运动的轨迹也会不同,进而影响到抽样的结果和抽样结果的势能计算,在计算宏观体积和微观成分关系的时候主要采用刚球模型的二体势,计算系统能量,熵等关系时早期多采用Lennard-Jones、morse势等双体势模型,对于金属计算,主要采用morse势,但是由于通过实验拟合的对势容易导致柯西关系,与实验不符,因此在后来的模拟中有人提出采用EAM等多体势模型,或者采用第一性原理计算结果通过一定的物理方法来拟合二体势函数。但是相对于二体势模型,多体势往往缺乏明确的表达式,参量很多,模拟收敛速度很慢,给应用带来很大的困难,因此在一般应用中,通过第一性原理计算结果拟合势函数的L-J,morse等势模型的应用仍然非常广泛。 以下是做模拟的一般性步骤,具体的步骤和过程依赖于确定的系统或者是软件,但这不影响我们把它当成一个入门指南:
1)首先我们需要对我们所要模拟的系统做一个简单的评估, 三个问题是我们必须要明确的:
做什么(what to do)为什么做(why to do)怎么做(how to do)
2)选择合适的模拟工具,大前提是它能够实现你所感兴趣的目标,这需要你非常谨慎的查阅文献,看看别人用这个工具都做了些什么,有没有和你相关的,千万不要做到一半才发现原来这个工具根本就不能实现你所感兴趣的idea,切记!
考虑1:软件的选择,这通常和软件主流使用的力场有关,而软件本身就具体一定的偏向性,比如说,做蛋白体系,Gromacs,Amber,Namd均可;做DNA, RNA体系,首选肯定是Amber;做界面体系,Dl_POLY比较强大,另外做材料体系,Lammps会是一个不错的选择
考虑2:力场的选择。力场是来描述体系中最小单元间的相互作用的,是用量化等方法计算拟合后生成的经验式,有人会嫌它粗糙,但是它确确实实给我们模拟大系统提供了可能,只能说关注的切入点不同罢了。常见的有三类力场:全原子力场,联合力场,粗粒化力场;当然还有所谓第一代,第二代,第三代力场的说法,这里就不一一列举了。
再次提醒注意:必须选择适合于我们所关注体系和我们所感兴趣的性质及现象的力场。
3)通过实验数据或者是某些工具得到体系内的每一个分子的初始结构坐标文件,之后,我们需要按我们的想法把这些分子按照一定的规则或是随机的排列在一起,从而得到整个系统的初始结构,这也是我们模拟的输入文件。
4)结构输入文件得到了,我们还需要力场参数输入文件,也就是针对我们系统的力场文件,这通常由所选用的力场决定,比如键参数和非键参数等势能函数的输入参数。
5)体系的大小通常由你所选用的box大小决定,我们必须对可行性与合理性做出评估,从而确定体系的大小,这依赖于具体的体系,这里不细说了。6)由于初始构象可能会存在两个原子挨的太近的情况(称之为bad contact),所以需要在正式模拟开始的第一步进行体系能量最小化,比较常用的能量最小化有两种,最速下降法和共轭梯度法,最速下降法是快速移除体系内应力的好方法,但是接近能量极小点时收敛比较慢,而共轭梯度法在能量极小点附近收敛相对效率高一些,所有我们一般做能量最小化都是在最速下降法优化完之后再用共轭梯度法优化,这样做能有效的保证后续模拟的进行。
7)以平衡态模拟为例,你需要设置适当的模拟参数,并且保证这些参数设置和力场的产生相一致,举个简单的例子,gromos力场是用的范德华势双截断来定范德华参数的,若你也用gromos力场的话也应该用双截断来处理范德华相互作用。常见的模拟思路是,先在NVT下约束住你的溶质(剂)做限制性模拟,这是一个升温的过程,当温度达到你的设定后, 接着做NPT模拟,此过程将调整体系的压强进而使体系密度收敛。
经过一段时间的平衡模拟,在确定系统弛豫已经完全消除之后,就可以开始取数据了。如何判断体系达到平衡,这个问题是比较技术性的问题,简单的讲可以通过以下几种方式,一,看能量(势能,动能和总能)是否收敛;二,看系统的压强,密度等等是否收敛;三看系统的RMSD是否达到你能接受的范围,等等。
8)运行足够长时间的模拟以确定我们所感兴趣的现象或是性质能够被观测到,并且务必确保此现象出现的可重复性。
9)数据拿到手后,很容易通过一些可视化软件得到轨迹动画,但这并不能拿来发文章。真正的工作才刚刚开始——分析数据,你所感兴趣的现象或性质只是表面,隐含在它们之中的机理才是文章中的主题。
❹ 用什么软件画力学模型图,比如包括质量、弹簧、阻尼在内的动力系统简图。
visio的力学库文件是自己制作的,
❺ 零级动力学和一级动力学的区别
从生理学看,体液被分为血浆、细胞间液及细胞内液几个部分。为了说明药动学基本概念及规律现假定机体为一个整体,体液存在于单一空间,药物分布瞬时达到平衡(一室模型)。问题虽然被简单化,但所得理论公式不失为临床应用提供了基本规律。按此假设条件,药物在体内随时间变化可用下列基本通式表达:dC/dt=kCn.C为血药浓度,常用血浆药物浓度。k为常数,t为时间。由于C为单位血浆容积中的药量(A),故C也可用A代替:dA/dt=kCn,式中n=0时为零级动力学,n=1时为一级动力学,药物吸收时C(或A)为正值,消除时C(或A)为负值。在临床应用中药物消除动力学公式比较常用,故以此为例如以推导和说明。
零级消除动力学
当n=0时,-dC/dt=KC0=K(为了和一级动力学中消除速率常数区别,用K代k),将上式积分得:
Ct=C0-Kt,C0为初始血药浓度,Ct为t时的血药浓度,以C为纵座标、t为横座标作图呈直线,斜率为K,当Ct/C0=1/2时,即体内血浆浓度下降一半(或体内药量减少一半)时,t为药物消除半衰期(t1/2)。
按公式1/2C0=C0-Kt1/2可见按零级动力学消除的药物血浆半衰期随C0下降而缩短,不是固定数值。零级动力学公式与酶学中的Michaelis-Menten公式相似,S为酶的底物,Vmax为最大催化速度,Km为米氏常数。当[S]>>Km时,Km可略去不计,ds/dt=Vmax,即酶以其最大速度催化。零级动力学公式与此一致,说明当体内药物过多时,机体只能以最大能力将体内药物消除。消除速度与C0高低无关,因此是恒速消除。例如饮酒过量时,一般常人只能以每小时10ml乙醇恒速消除。当血药浓度下降至最大消除能力以下时,则按一级动力学消除。
一级动力学过程 (first-order Kinetic process) 一级动力学过程又称一级速率过程,是指药物在某房室或某部位的转运速率(dC / dt)与该房室或该部位的药量或浓度的一次方成正比. 描述一级动力学过程的公式 dC ―― = -KC dt (C为药物浓度,K为一级速率常数) 上式积分,得:C = C0 e-kt (C0为药物起始浓度) 上式改为常用对数式,则: K log C = logC0 -――t 2.303 可见,将t时药物浓度的对数对时间作图,可得一条直线,其斜率为-K/2.303.
❻ 反应动力学的动力学模型
按化学反应的不同特点和不同的应用要求,常用的动力学模型有: 从实用角度出发,不涉及反应机理,以较简单的数学方程式对实验数据进行拟合,通常用幂函数式表示。
对于有成千上万种组分参加的复杂反应过程(如石油炼制中的催化裂化),建立描述每种组分在反应过程中的变化的分子反应模型是不可能的。近年来发展了集总动力学方法,将反应系统中的所有组分归并成数目有限的集总组分,然后建立集总组分的动力学模型。集总动力学模型已成功地用于催化裂化、催化重整、加氢裂化等石油炼制过程。
❼ 问下什么是动力学
动力学是理论力学的一个分支学科,它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。动力学是物理学和天文学的基础,也是许多工程学科的基础。许多数学上的进展也常与解决动力学问题有关,所以数学家对动力学有着浓厚的兴趣。
动力学的研究以牛顿运动定律为基础;牛顿运动定律的建立则以实验为依据。动力学是牛顿力学或经典力学的一部分,但自20世纪以来,动力学又常被人们理解为侧重于工程技术应用方面的一个力学分支。
动力学的发展简史
力学的发展,从阐述最简单的物体平衡规律,到建立运动的一般规律,经历了大约二十个世纪。前人积累的大量力学知识,对后来动力学的研究工作有着重要的作用,尤其是天文学家哥白尼和开普勒的宇宙观。
17世纪初期,意大利物理学家和天文学家伽利略用实验揭示了物质的惯性原理,用物体在光滑斜面上的加速下滑实验,揭示了等加速运动规律,并认识到地面附近的重力加速度值不因物体的质量而异,它近似一个常量,进而研究了抛射运动和质点运动的普遍规律。伽利略的研究开创了为后人所普遍使用的,从实验出发又用实验验证理论结果的治学方法。
17世纪,英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼兹建立了的微积分学,使动力学研究进入了一个崭新的时代。牛顿在1687年出版的巨着《自然哲学的数学原理》中,明确地提出了惯性定律、质点运动定律、作用和反作用定律、力的独立作用定律。他在寻找落体运动和天体运动的原因时,发现了万有引力定律,并根据它导出了开普勒定律,验证了月球绕地球转动的向心加速度同重力加速度的关系,说明了地球上的潮汐现象,建立了十分严格而完善的力学定律体系。
动力学以牛顿第二定律为核心,这个定律指出了力、加速度、质量三者间的关系。牛顿首先引入了质量的概念,而把它和物体的重力区分开来,说明物体的重力只是地球对物体的引力。作用和反作用定律建立以后,人们开展了质点动力学的研究。
牛顿的力学工作和微积分工作是不可分的。从此,动力学就成为一门建立在实验、观察和数学分析之上的严密科学,从而奠定现代力学的基础。
17世纪荷兰科学家惠更斯通过对摆的观察,得到了地球重力加速度,建立了摆的运动方程。惠更斯又在研究锥摆时确立了离心力的概念;此外,他还提出了转动惯量的概念。
牛顿定律发表100年后,法国数学家拉格朗日建立了能应用于完整系统的拉格朗日方程。这组方程式不同于牛顿第二定律的力和加速度的形式,而是用广义坐标为自变量通过拉格朗日函数来表示的。拉格朗日体系对某些类型问题(例如小振荡理论和刚体动力学)的研究比牛顿定律更为方便。
刚体的概念是由欧拉引入的。18世纪瑞士学者欧拉把牛顿第二定律推广到刚体,他应用三个欧拉角来表示刚体绕定点的角位移,又定义转动惯量,并导得了刚体定点转动的运动微分方程。这样就完整地建立了描述具有六个自由度的刚体普遍运动方程。对于刚体来说,内力所做的功之和为零。因此,刚体动力学就成为研究一般固体运动的近似理论。
1755年欧拉又建立了理想流体的动力学方程;1758年伯努利得到关于沿流线的能量积分(称为伯努利方程);1822年纳维得到了不可压缩性流体的动力学方程;1855年许贡纽研究了连续介质中的激波。这样动力学就渗透到各种形态物质的领域中去了。例如,在弹性力学中,由于研究碰撞、振动、弹性波传播等问题的需要而建立了弹性动力学,它可以应用于研究地震波的传动。
19世纪英国数学家汉密尔顿用变分原理推导出汉密尔顿正则方程,此方程是以广义坐标和广义动量为变量,用汉密尔顿函数来表示的一阶方程组,其形式是对称的。用正则方程描述运动所形成的体系,称为汉密尔顿体系或汉密尔顿动力学,它是经典统计力学的基础,又是量子力学借鉴的范例。汉密尔顿体系适用于摄动理论,例如天体力学的摄动问题,并对理解复杂力学系统运动的一般性质起重要作用。
拉格朗日动力学和汉密尔顿动力学所依据的力学原理与牛顿的力学原理,在经典力学的范畴内是等价的,但它们研究的途径或方法则不相同。直接运用牛顿方程的力学体系有时称为矢量力学;拉格朗日和汉密尔顿的动力学则称为分析力学。
动力学的基本内容
动力学的基本内容包括质点动力学、质点系动力学、刚体动力学、达朗贝尔原理等。以动力学为基础而发展出来的应用学科有天体力学、振动理论、运动稳定性理论,陀螺力学、外弹道学、变质量力学,以及正在发展中的多刚体系统动力学等。
质点动力学有两类基本问题:一是已知质点的运动,求作用于质点上的力;二是已知作用于质点上的力,求质点的运动。求解第一类问题时只要对质点的运动方程取二阶导数,得到质点的加速度,代入牛顿第二定律,即可求得力;求解第二类问题时需要求解质点运动微分方程或求积分。
动力学普遍定理是质点系动力学的基本定理,它包括动量定理、动量矩定理、动能定理以及由这三个基本定理推导出来的其他一些定理。动量、动量矩和动能是描述质点、质点系和刚体运动的基本物理量。作用于力学模型上的力或力矩,与这些物理量之间的关系构成了动力学普遍定理。
刚体的特点是其质点之间距离的不变性。欧拉动力学方程是刚体动力学的基本方程,刚体定点转动动力学则是动力学中的经典理论。陀螺力学的形成说明刚体动力学在工程技术中的应用具有重要意义。多刚体系统动力学是20世纪60年代以来,由于新技术发展而形成的新分支,其研究方法与经典理论的研究方法有所不同。
达朗贝尔原理是研究非自由质点系动力学的一个普遍而有效的方法。这种方法是在牛顿运动定律的基础上引入惯性力的概念,从而用静力学中研究平衡问题的方法来研究动力学中不平衡的问题,所以又称为动静法。
动力学的应用
对动力学的研究使人们掌握了物体的运动规律,并能够为人类进行更好的服务。例如,牛顿发现了万有引力定律,解释了开普勒定律,为近代星际航行,发射飞行器考察月球、火星、金星等等开辟了道路。
自20世纪初相对论问世以后,牛顿力学的时空概念和其他一些力学量的基本概念有了重大改变。实验结果也说明:当物体速度接近于光速时,经典动力学就完全不适用了。但是,在工程等实际问题中,所接触到的宏观物体的运动速度都远小于光速,用牛顿力学进行研究不但足够精确,而且远比相对论计算简单。因此,经典动力学仍是解决实际工程问题的基础。
在目前所研究的力学系统中,需要考虑的因素逐渐增多,例如,变质量、非整、非线性、非保守还加上反馈控制、随机因素等,使运动微分方程越来越复杂,可正确求解的问题越来越少,许多动力学问题都需要用数值计算法近似地求解,微型、高速、大容量的电子计算机的应用,解决了计算复杂的困难。
目前动力学系统的研究领域还在不断扩大,例如增加热和电等成为系统动力学;增加生命系统的活动成为生物动力学等,这都使得动力学在深度和广度两个方面有了进一步的发展。
❽ 系统动力学的系统原理
圣吉的理论基础,来源于他的导师佛里斯特提出的系统动力学(System Dynamics)。所谓系统动力学,就是对整体运作本质的思考方式,把结构的方法、功能的方法和历史的方法融为一个整体,其目的在于提升人类组织的“群体智力”。它与混沌理论(Chaos Theory)和复杂性科学(Scienceof Complexity)所探讨的内容相同。
佛里斯特在20世纪中期,对一系列社会经济问题进行系统动力学的创造性研究,取得了令人瞩目的成绩。1958年,他发表的论文《工业动力学—决策的一个重要突破口》,首次把系统动力学运用于工业研究;1965年,他又发表论文《企业的新设计》,进一步深化了系统动力学在工业中的运用;1968年,他出版的《系统原理》一书,全面论述了系统动力学的基本原理和方法,至此,系统动力学从理论上整体完成;1971年,他又把研究的对象延伸到了世界范围,出版《世界动力学》一书,提出了研究全球发展问题的“世界模型”(WorldModel)。
众所周知,在20世纪60~70年代,罗马俱乐部曾经探讨过人类目前及未来所面临的困境,并提出了“增长的极限”这一重要理念。结果他们发现问题太过复杂,根本无法思考。最后佛里斯特运用他的系统动力学理论,以五个重要因素建立了系统动力模拟的“世界模型Ⅱ”。《增长的极限》这本探讨人类困境的未来学着作,就是佛里斯特的弟子梅多斯(D.H.Meadows)等人完成的,其中进一步提出了更为细致的“世界模型Ⅲ”。这两个模型在世界范围内引起了极大的反响。继“世界模型”之后,佛里斯特等又开始进行历时十多年的美国“国家模型”研究,运用他的方法,在宏观经济学和微观经济学之间架起了桥梁。
系统动力学是在总结运筹学的基础上,为适应现代社会系统的管理需要而发展起来的。它不是依据抽象的假设,而是以现实世界的存在为前提,不追求“最佳解”,而是从整体出发寻求改善系统行为的机会和途径。从技巧上说,它不是依据数学逻辑的推演而获得答案,而是依据对系统的实际观测信息建立动态的仿真模型,并通过计算机试验来获得对系统未来行为的描述。简单而言,“系统动力学是研究社会系统动态行为的计算机仿真方法”。具体而言,系统动力学包括如下几点。①系统动力学将生命系统和非生命系统都作为信息反馈系统来研究,并且认为,在每个系统之中都存在着信息反馈机制,而这恰恰是控制论的重要观点,所以,系统动力学是以控制论为理论基础的;②系统动力学把研究对象划分为若干子系统,并且建立起各个子系统之间的因果关系网络,立足于整体以及整体之间的关系研究,以整体观替代传统的元素观;③系统动力学的研究方法是建立计算机仿真模型—流图和构造方程式,实行计算机仿真试验,验证模型的有效性,为战略与决策的制定提供依据。
作为佛里斯特的弟子,圣吉的“第五项修炼”采取了系统动力学的哲学理念,但大大简化了系统的模型结构(圣吉的着作中,所谓模型,往往是一个非常简单的环状反馈示意图),而且把直觉、感悟和意念引入思考方式。这样,他把艰深的系统动力学转变为人人易懂的系统思考,并在企业组织中实践和推广。
圣吉的“组织学习实验室”,实际上就是一个简化并压缩了的系统动力模拟实验,他称之为“微世界”(Microworld)。在这里,进行“修炼”的经理可以尝试各种可能的构想、策略所发生的情景变化,以及其中可能出现的各种搭配。圣吉将这里视为组织创造与学习的演练场。在这种实验室中,可以把长期的演变发展过程加以“压缩”观察,进而寻求解决之道,也可以用于许多与人有关的变数研究。其最终目的,正如圣吉自己比喻的那样,类似于孩子游戏,通过跷跷板学习杠杆原理,通过荡秋千学习钟摆原理,通过“过家家”掌握社会系统。
20世纪涌现出了许多新的管理思想,圣吉提出的第五项修炼是比较特别的一种。其特别之处就在于它专注于复杂现象背后的整体和本质,并寻求问题的“真解”。圣吉的五项修炼是一个系统思考的整体。所谓“修炼”,不仅仅是一种技术训练,更是一种理念培养。系统思考有助于将五项修炼更好地结合起来,探究各项修炼之间的互动关系,并不断探究如何使整体效用发挥到最大。五项修炼的真正目的,在于实现个人与组织之间的和谐,并最终促进人的发展和价值的真正实现。
圣吉的组织修炼思想与方法,一方面在许多企业中得到推广运用,另一方面也受到了许多管理学家的质疑。其中,最重要的就是罗伯特·路易斯·佛勒德(RobertLouisFlood)的《反思第五项修炼》(有中信出版社和广西师大出版社两个汉译版本)。佛勒德也是从系统思维出发,但他认为圣吉的思考过于狭隘。佛勒德对圣吉的挑战是从下列观点展开的:在貌似难以捉摸的复杂性之下,存在着一种潜在的秩序,这种秩序毋宁说隐含着简单性。运用开放系统理论,完全可以了解这种秩序。由此,他对圣吉的观点进行了修正,以求提高人类应对复杂世界的能力,这种修正的最终目标是,对不可管理的事物实施管理,对不可组织的事物进行组织,对不可了解的事物加以了解。当然,这种批评是对圣吉的延伸和矫正,而不是对圣吉的否定。掌握这种批评,有助于人们更好地认识圣吉的思想。
❾ 运动学与动力学有什么区别啊
运动学与动力学的区别:特点不同、研究方向不同、性质不同
一、特点不同
1、运动学:描述和研究物体位置随时间的变化规律的力学分支。以研究质点和刚体这两个简化模型的运动为基础,并进一步研究变形体(弹性体、流体等) 的运动。
2、动力学:是物理学和天文学的基础,也是许多工程学科的基础。数学上的进展常与解决动力学问题有关。
二、研究方向不同
1、运动学:主要研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征。
2、动力学:主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。
三、性质不同
1、运动学:运用几何学的方运动学法来研究物体的运动,通常不考虑力和质量等因素的影响。对任何运动的描述都是相对的。运动的相对性即在不同的参照系中时间和空间的量度相同,和参照系的运动无关。
2、动力学:已知质点的运动,求作用于质点上的力;已知作用于质点上的力,求质点的运动。
❿ 动力学与运动学的区别
①动力学与运动学两者处理的结果不同:运动学主要是处理各种运动;而动力学主要是处理各种使物体运动的力。
②动力学与运动学两者先后顺序不同:物体运动,就必须有动力支持。所以,动力是因,运动是果。有运动一定用力,用力不一定运动。
③动力学与运动学两者研究对象不同:动力学研究即既涉及运动又涉及受力情况的,或者说跟物体质量有关系的问题。常与牛顿第二定律或动能定理、动量定理等式子中含有m的学问。而运动学不涉及这一点。