速度 (Velocity) 定义
Velocity is the rate of change of displacement with time (m/s). 速度是位移随时间的变化率(米/秒)。 应用
用于分析物体运动的矢量特性(方向+大小),如导航系统计算车辆实时位置,或航天器轨道调整时的速度控制。 例题
A train travels 300 m north in 40 s, then 200 m south in 30 s. Calculate its average velocity. (2020真题)
加速度 (Acceleration) 定义
Acceleration is the rate of change of velocity with time (m/s²). 加速度是速度随时间的变化率(米/秒²)。 应用
关键于运动安全分析(如汽车碰撞测试)和天体物理(计算黑洞引力场中物体的加速度),也用于电梯设计中的舒适度优化。 例题
A cyclist increases speed from 4 m/s to 10 m/s over 8 s. Find the acceleration and distance covered. (2022真题)
动量 (Momentum) 定义
Momentum is the product of mass and velocity (kg·m/s). 动量是质量与速度的乘积(千克·米/秒)。 应用
解释碰撞中的能量转移(如汽车防撞设计),火箭推进中的动量守恒原理,以及粒子物理中的亚原子粒子行为分析。 例题
A 0.5 kg ball moving at 6 m/s collides with a stationary 1.5 kg ball. If they stick together, find their final velocity. (2017真题)
动能 (Kinetic Energy) 定义
Energy possessed by a moving object, given by 21mv2 (Joules). 运动物体具有的能量,公式为½mv²(焦耳)。 应用
计算刹车距离与车速的关系,风力发电机叶片设计的能量转换效率,以及陨石撞击地球时的破坏力评估。 例题
A 800 kg car decelerates from 25 m/s to 10 m/s. Calculate the work done by brakes. (2019真题)
力矩 (Torque) 定义
Rotational force calculated as τ=r×F (N·m). 旋转力,公式为τ= r×F(牛·米)。 应用
机械工程中的齿轮系统设计,生物力学(关节运动分析),以及调节卫星太阳能板的展开角度。 例题
A wrench applies 50 N force perpendicularly at 0.3 m from a bolt. Calculate the torque. (2021真题)
向心加速度 (Centripetal Acceleration) 定义
Acceleration directed toward the center of circular motion (ac=v2/r). 指向圆心的加速度(公式a_c=v²/r)。 应用
设计过山车轨道的安全曲率半径,计算卫星维持轨道所需的加速度,以及血液离心分离机的转速控制。 例题
A 2 kg object moves in a 4 m radius circle at 6 m/s. Find centripetal force. (2018真题)
胡克定律 (Hooke's Law) 定义
Force in a spring F=−kx, where k is stiffness (N/m). 弹簧力F=-kx,k为劲度系数(牛/米)。 应用
汽车悬架系统设计,地震仪中的弹簧阻尼机制,以及研究材料弹性极限的工程测试。 例题
A spring extends 5 cm under 15 N load. Calculate its spring constant and energy stored. (2020真题)
功率 (Power) 定义
Rate of energy transfer P=W/t (Watts). 能量转移速率,公式P=W/t(瓦特)。 应用
评估发动机效率(如汽车马力计算),太阳能电池板的输出优化,以及运动员爆发力的生物力学研究。 例题
A crane lifts 200 kg steel beam 15 m in 10 s. Calculate power developed. (2022真题)
牛顿第三定律 (Newton's Third Law) 定义
Every action has an equal and opposite reaction. 作用力与反作用力大小相等、方向相反。 应用
火箭推进(燃料喷射反冲),游泳时水与肢体的相互作用力分析,以及建筑结构中的力平衡设计。 例题
A 60 kg ice skater pushes a 40 kg skater with 120 N force. Describe their accelerations. (2016真题)
浮力 (Buoyancy) 定义
Upward force exerted by fluid on submerged objects (Fb=ρVg). 流体对浸入物体的向上力(公式F_b=ρVg)。 应用
船舶载重线设计,潜水艇的浮潜控制,以及气象气球升空高度的密度相关计算。 例题
A 0.1 m³ wooden block floats with 70% submerged. Calculate its density. (2021真题)