這種時緊時鬆的東西,最麻煩。
然後是支點。
杠杆不是用軸承裝在金屬架上的。
它隻是架在兩塊巨石之間,靠凹槽和限位塊勉強定位。
支點會摩擦,會磨損,會因為震動發生微小偏移。
支點一偏,力臂就變。
力臂一變,剛才所有方程都要跟著變。
再看風力。
風不是常數,大小隨時間變,方向也在變。
防雨布的受力麵積還會隨布麵形狀改變。
這不是一個靜態問題。
而是一個帶有非穩定外力,連接,衝擊和摩擦的動態係統。
江臨硬著頭皮繼續寫。
迎風杆繞底部支點轉動,需要力矩方程。
杠杆繞石支點轉動,也需要力矩方程。
水桶上下運動,需要平動方程。
繩子約束長度要寫。
如果繩子鬆弛,約束又暫時失效。
風力項要寫成F_w(t)。
繩張力要寫成T(t)。
支點反力有兩個方向,摩擦力還要判斷方向。
沒過二十分鐘,墨水屏上已經堆滿了三角函數,下標,未知約束力和耦合方程。
江臨盯著這一團東西,整個人愣在那裡。
他列出的方程太多。
繩子的瞬時張力,石塊支點的支持力,支點摩擦,迎風杆底座擠壓力。
杠杆和限位塊之間的衝擊力,水桶碰岩壁時的瞬時反作用力。
這些東西,在物理學裡有一個共同的名字。
約束力。
它們當然真實存在。
但江臨並不關心它們每一秒的精確數值。
他關心的是這套裝置能不能把水提上來,升程夠不夠,會不會散架,哪個參數最該改?
可牛頓方程逼著他去追查每一個細節。
要求他把係統切得七零八落,然後追問每一個零件之間到底怎麼互相推搡。
這就像想管理幾萬人的大工廠,卻非要去查每個流水線工人喘了幾口氣。
“老牛啊老牛!”
江臨往後靠到石壁上,閉了閉眼。
他沒有罵牛頓,因為牛頓定律並沒有錯。
經典範圍內,那三條定律仍然牢固得像廢土上的岩層。
真正的問題是這種語言太底層。
拿它去解複雜的約束係統,就像拿機器碼寫操作係統,能寫,但人會死。
江臨睜開眼,重新坐直。
打開電腦,點開理論力學文件夾。
他先前翻過這個文件夾,但隻粗略看過目錄。
在很多物理係培養體係裡,理論力學是專業課的第一道門檻,開始用另一種語言重新表述整個經典世界。
不像普通物理那樣親切,也不像高數那樣隻是工具。
理論力學前麵是運動學、動力學、剛體運動。
他往下拖,停在下半冊。
【分析力學】
第一章開頭,沒有小方塊,沒有斜麵,沒有滿屏受力箭頭。
隻有一段安靜的陳述。
在牛頓力學中,我們通常以力為核心描述運動。
但對含有複雜約束的多體係統,顯式求出所有約束力往往既困難,也不必要。
分析力學提供了一種更高層的描述方式:選擇合適的廣義坐標,從係統的動能、勢能和虛功出發,得到運動方程。
江臨的目光停在不必要三個字上。
我剛才追著那些繩張力,支點反力,摩擦力折騰了半天,你告訴我不必要?
他繼續往下看。
很多約束力,在理想約束下,對允許的虛位移不做功。
既然它們不做虛功,就可以不顯式出現在方程裡。
也就是說,你不必把每一個支持力,張力,約束反力都算出來。
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