漫話動力學(xué)

前言

動力學(xué)是研究物體機械運動規(guī)律的科學(xué)，與日常生活、自然現(xiàn)象及工程實踐有著廣泛的聯(lián)系；人們經(jīng)常接觸的現(xiàn)代科技成果的背后也都少不了動力學(xué)的身影。中國航天員首次出艙活動的電視直播激動人心，奧運會上體操及跳水運動員的精彩空翻令人眼花繚亂，私家車上的GPs導(dǎo)航儀大大方便了出門旅行……然而，這一切是如何作到的？它們遵循的力學(xué)原理及內(nèi)在規(guī)律又是什么？本書力圖通過由淺入深的分析，圖文并茂的形式，深入淺出的講解揭示這些原理及規(guī)律，使讀者在享受現(xiàn)代科技成果的同時，也能明白其中的道理，了解動力學(xué)在其中的應(yīng)用，增加有關(guān)的科學(xué)知識。本書匯集了十個專題。牛頓運動定律是動力學(xué)最基本的定律，用它可以分析慣性系中物體的移動運動，一般讀者基本上都可掌握。在此基礎(chǔ)上，本書專題二、三分別介紹了非慣性系中的動力學(xué)基本方程及描述物體轉(zhuǎn)動運動普遍規(guī)律的動量矩定理；這就為讀者提供了新的工具，使得分析研究更廣泛的動力學(xué)問題成為可能。專題四至十介紹了動力學(xué)學(xué)科在工程實際，特別是現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，涉及導(dǎo)航定位、火箭衛(wèi)星、載人航天、陀螺儀器、體育競技、大氣氣象等多個學(xué)科領(lǐng)域。

內(nèi)容概要

動力學(xué)是研究物體機械運動規(guī)律的科學(xué)，與日常生活、自然現(xiàn)象及工程實踐有著廣泛的聯(lián)系。本書從常見的日?，F(xiàn)象出發(fā)，揭示其中的力學(xué)原理．闡明力學(xué)規(guī)律，并著重介紹這些原理及規(guī)律在工程實踐，特別是現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，從而展示動力學(xué)在認識客觀世界及改造客觀世界中的巨大威力。本書匯集了十個專題，涉及導(dǎo)航定位、火箭衛(wèi)星、載人航天、陀螺儀器、體育競技、大氣氣象等多個科技領(lǐng)域。    本書是一本科普讀物，一些力學(xué)原理、規(guī)律都是由日常現(xiàn)象歸納總結(jié)出來，并配有大量插圖，因而易于理解；內(nèi)容豐富而廣泛，通過閱讀可以增加有關(guān)現(xiàn)代科技的許多知識；書中所引的故事軼聞，讀起來生動有趣。    本書可供中學(xué)以上文化程度的廣大讀者閱讀。對學(xué)習(xí)力學(xué)課程的大學(xué)生也是一本很好的教學(xué)參考讀物，書中動力學(xué)在現(xiàn)代科技中應(yīng)用的實例可以豐富教學(xué)內(nèi)容，因而對力學(xué)教師也大有裨益。

作者簡介

賈書惠  清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授。畢業(yè)于清華大學(xué)機械工程系，并在蘇聯(lián)列寧格勒工業(yè)大學(xué)研究生院進修，獲物理數(shù)學(xué)副博士學(xué)位。曾任原國家教委工科力學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會委員，中國力學(xué)學(xué)會教育工作委員會主任，中國空間科學(xué)學(xué)會常務(wù)理事、《力學(xué)與實踐》主編等職。多年從事動力學(xué)、振動與控制的科研與教學(xué)工作。著作有《剛體動力學(xué)》、《理論力學(xué)》、《理論力學(xué)教程》、《從貓下落談起》、《奔向太空》，主編《多體系統(tǒng)動力學(xué)與控制》、《理論力學(xué)輔導(dǎo)》，合著有《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》、《運動生物力學(xué)進展》、《現(xiàn)代運動生物力學(xué)》。曾獲北京市普通高校優(yōu)秀教學(xué)成果獎一等獎、二等獎。

書籍目錄

1 萬有引力定律是怎樣發(fā)現(xiàn)的——人類認識客觀世界的漫漫長路2 落體偏東及其他——兼談物體在非慣性系中的運動3 動量矩守恒與運量矩定理——旋轉(zhuǎn)物體運動的普遍規(guī)律4 神奇的慣性導(dǎo)航——一種不依賴任何外部信息的導(dǎo)航系統(tǒng)5 人造地球衛(wèi)星的軌道問題——衛(wèi)星設(shè)計師面臨的第一個動力學(xué)課題6 人造地球衛(wèi)星的姿態(tài)穩(wěn)定——兼談我國衛(wèi)星發(fā)射中的異?，F(xiàn)象7 航天飛行中的超重與失重——非慣性系中人體的感受8 從貓下落時的翻身談起——介紹一門新學(xué)科——運動生物力學(xué)9 神秘的數(shù)字84.4——揭示不同現(xiàn)象背后本質(zhì)聯(lián)系的一個實例10 漫話陀螺——從孩童玩具到現(xiàn)代科技大眾力學(xué)叢書（已出書目）

章節(jié)摘錄

插圖：3.4.3 雙足步行機器人的側(cè)向穩(wěn)定性人們很早就希望研制出仿人雙足步行機器人，以便在不平的路面上移動。人在步行前進時，步態(tài)有兩個相：（雙足）支撐相與（單足）擺動相。在擺動相，人體以一足著地，重心在基底之外，人體有側(cè)向傾倒的趨勢。因此，必須選擇合理的步態(tài)與前進速度，才能使人體在前進運動中保持側(cè)向穩(wěn)定。大多數(shù)的雙足步行機器人前進速度很慢，行進時，必須先將身體重心側(cè)向右移至右腳上才能抬起左腳，當(dāng)左腳前進一步落地后，再將身體重心側(cè)向左移至左腳上，再抬起右腳；也就是說在前進時，機器人的重心是左右搖擺的。因而不僅要在踝（或膝、髖）關(guān)節(jié)處安裝側(cè)向轉(zhuǎn)動裝置（圖3-16），而且行走速度也要大受影響。如果采用前面小魔術(shù)的技術(shù)，問題就簡單多了。為保持雙足步行機器人的側(cè)向穩(wěn)定性，只需在體內(nèi)安裝一個用電機驅(qū)動的飛輪，其轉(zhuǎn)動軸沿前進方向（圖3一17）。當(dāng)抬起右腳時，電機驅(qū)動飛輪獲得向右轉(zhuǎn)的角加速度，當(dāng)抬起左腳時，電機驅(qū)動飛輪獲得向左的角加速度（注意，這時飛輪仍可能向右轉(zhuǎn)動）；根據(jù)前面的解釋，機器人就能長期維持在直立狀態(tài)而不會側(cè)向傾倒。這樣一來，不但可以取消關(guān)節(jié)處的側(cè)向轉(zhuǎn)動裝置，而且行進時，機器人的重心位于一條直線上而不必左右移動，從而大大提高行進速度。

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