Question

应该算是个材料力学的问题？跪求大神~

大概就是像用球拍击球，知道球飞来的速度和人击球的力量，求球飞回去时的速度....也知道球和球拍的各种物理系数什么的...像这种题是要用能量守恒吧？那球拍击球时球拍振动消耗的能量还有像球和球拍挤压消耗的能量这些都该怎么算...有什么公式算法或者定理么...这个过程中还有其他能量的转化么？...不是学物理的...求大神帮忙啊~~~~

Answer 1

真实世界物理问题的求解是基于很多很多近似假设的，根据不同程度的假设，建立不同力学背景下的物理方程，从而来获得不同精度的计算结果。而力学，也是在人类不停的探求真实中慢慢发展的。
例如你的这个问题，并不能简单说这不是一个材料力学的问题，是不是材料力学问题要看近似到什么程度。
A 最粗略的假设是不考虑球拍振动和变形所带走的能量，那么用简单的质点和刚体动力学（理论力学范畴下），应用下动量定理和角动量定理（实际上是牛顿第二定律的另一种表示方式）和能量定理中的机械能守恒定理 就能求解。这里有两种可能，一是我们假设知道球拍击球以后的运动情况，有可能静止，也有可能运动，这样求解出来的结果一般是有能量损耗的；二是假设能量不损耗或者知道损耗系数进行求解。无论哪一种假设，都是人为的，真实的能量损耗在这个范畴下是不可知的。
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B 再可以考虑球拍振动带走的能量以及球拍挤压变形带走的能量，这涉及到弹性力学的问题（材料力学是弹性力学的工程应用，考虑杆、板、梁、壳等基本工程几何结构的弹性力学性能，是弹性力学一定程度上的简化版），这样就需要解决相当于两个物体相碰撞的弹性动力学问题，一般在这种复杂的几何结构求解场问题时需要采用数值计算方法（比如有限元方法）才能求解。在这个范畴上，需要有固体力学、振动力学（针对连续体的）、材料力学、弹性力学相关知识。
C再根据材料的性质进一步贴近真实考虑，其实任何材料都不是完全弹性的，受到的损伤会慢慢积累，我们称这种变形为塑性变形，那么就需要用到塑性力学的知识。当然，在塑性范畴内，我们对不同材料的性能也是有各种假设的。
D另外在这个过程中会发热（虽然这部分在能量转化中很小），这一部分是由于材料内部能量衰减所导致的，更多是因为球拍和球之间接触时候产生摩擦导致的；关于接触，有一门专门的力学，叫做接触力学。
E 在这种冲击问题上，材料的性能可能和缓慢的变形有点区别（可能会导致非线性），由此冲击问题的研究也是力学的一部分（虽然不清楚这种程度的冲击会不会造成太大区别）。
F 再下去，空气是不是会对拍和球的运动造成影响？那么就要考虑流体力学和流固耦合动力学。等等等等。
在B-F范畴下，我们知道了损耗的能量的去处，因此可以计算损耗的能量（当然是一定程度上的近似）。

到这里基本是把到目前为止大部分力学的最核心内容都涉及到了。楼主作为一个非力学相关专业的学生，对这些有个感性的认识就好。一般对该问题我们考虑到A程度，对某些问题需要进行深入研究(球拍的研制和开发的机构)可能会考虑到B和C。一般D以后的对于这个问题就是非常次要的方面了，研究成本太大~~~没必要进行研究。
世界是复杂、美丽的，我们知道的很少；科学无非是把复杂变简单，让我们能窥见世界的美丽。当然，在这个问题中，我们不会考虑这么多。在力学问题求解中，我们要抓住问题的主要方面，在误差允许范围之内忽略次要方面，不然我们什么问题都解答不了。

Answer 2

首先，这不是材料力学问题。
属于碰撞问题，要根据球拍的质量以及挥拍速度跟已知质量速度的球碰撞来建立力学模型。必须已知挥拍后球拍的速度（类似的题目应该假设挥拍后球拍速度为零且碰撞时间极短）。然后由动量定理推导出球飞回时的速度。需要详细的题目才好说明。这是理论力学的范畴。
至于碰撞过程的能量损耗，直接计算几乎是不可能的，只能在得出球飞回速度后根据能量守恒来差值出损耗的能量。

Answer 3

这个问题有点深。消耗咋算？我很好奇。

Answer 4

能量守恒跟动量定理结合使用