理論力學(xué)

前言

本書是作者在近幾年研究教學(xué)改革基礎(chǔ)上，結(jié)合清華大學(xué)理論力學(xué)教研組的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)寫成的。編寫這套《理論力學(xué)》教材主要目的是為了適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)教學(xué)改革的需要，用較少的時(shí)間講授理論力學(xué)的基本內(nèi)容，希望能夠既節(jié)省授課學(xué)時(shí)，又不降低課程的基本要求。在編寫中作者遵循如下4個(gè)原則：（1）以牛頓力學(xué)和分析力學(xué)為兩條并行的主線貫穿整套教材，內(nèi)容完整、結(jié)構(gòu)緊湊、敘述嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)；（2）以微積分、線性代數(shù)以及物理課的力學(xué)部分為基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹最有理論力學(xué)課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)內(nèi)容；（3）重點(diǎn)講授動(dòng)力學(xué)內(nèi)容和分析力學(xué)方法，因?yàn)樗鼈冊(cè)诶碚摵蛻?yīng)用方面都更有價(jià)值，內(nèi)容也更豐富；f41從多種不同的角度講解基本概念、基本公式和基本方法，既有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，有又形象直觀的物理解釋。本套教材包括主教材一《理論力學(xué)》、學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)書一《理論力學(xué)輔導(dǎo)與習(xí)題集》、教師教學(xué)參考書一《理論力學(xué)（教師參考書）》和一張供課堂使用的教學(xué)多媒體光盤。本書為《理論力學(xué)》主教材，分4篇共12章。第1篇是運(yùn)動(dòng)學(xué)，包括兩章。第1章是點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，介紹點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的矢量描述法、直角坐標(biāo)描述法、自然坐標(biāo)描述法、極坐標(biāo)描述法以及球坐標(biāo)描述法。第2章是剛體運(yùn)動(dòng)和復(fù)合運(yùn)動(dòng)，包括剛體一般運(yùn)動(dòng)、定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、平面運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)和剛體復(fù)合運(yùn)動(dòng)。這一章首先介紹如何用矢量和矩陣描述剛體的一般運(yùn)動(dòng)，推導(dǎo)出一般運(yùn)動(dòng)的速度和加速度公式，引入角速度和角加速度概念，然后介紹在定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)中如何具體應(yīng)用這些公式求解剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，并通過例題介紹了幾種常用的處理平面運(yùn)動(dòng)問題的方法；最后介紹了復(fù)合運(yùn)動(dòng)的思想和方法，引入相對(duì)導(dǎo)數(shù)的概念。在點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)部分給出了最一般情況下點(diǎn)的速度和加速度合成公式，例題包括了牽連運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及平面運(yùn)動(dòng)的情況。在剛體復(fù)合運(yùn)動(dòng)部分給出了最一般情況下剛體角速度和角加速度合成公式，例題包括了繞平行軸的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)合成、繞相交軸的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)合成的情況。

內(nèi)容概要

本書以牛頓力學(xué)和分析力學(xué)為兩條并行主線貫穿整個(gè)課程，以微積分、線性代數(shù)以及物理課的力學(xué)部分為基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹理論力學(xué)特點(diǎn)的基礎(chǔ)內(nèi)容，重點(diǎn)講授動(dòng)力學(xué)內(nèi)容和分析力學(xué)方法，并從多種不同的角度講解基本概念、基本公式和基本方法。全書共分為運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和動(dòng)力學(xué)專題四篇。    本書可作為高等院校機(jī)械、土建、水利、航空和力學(xué)等專業(yè)的理論力學(xué)或工程力學(xué)課程教材，也可供有關(guān)技術(shù)人員作為自學(xué)用書。

作者簡介

李俊峰，清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，莫斯科大學(xué)數(shù)學(xué)力學(xué)系博士。研究方向是航天器動(dòng)力學(xué)與控制，曾獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。1995年至今在清華大學(xué)主講理論力學(xué)等多門課程，曾獲國家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)、北京市教學(xué)名師獎(jiǎng)。學(xué)術(shù)兼職有：中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國宇航學(xué)會(huì)空間控制委員會(huì)副主任，中國力學(xué)學(xué)會(huì)一般力學(xué)委員會(huì)副主任，《宇航學(xué)報(bào)》、《力學(xué)學(xué)報(bào)》、《空間科學(xué)學(xué)報(bào)》、《動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)》、《控制技術(shù)與應(yīng)用》、《力學(xué)與實(shí)踐》等編委。張雄，博士，清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，工程動(dòng)力學(xué)研究所所長。2004年入選教育部首批新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃，先后獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)、北京市教育創(chuàng)新標(biāo)兵、北京市高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、清華大學(xué)青年教師教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)、清華大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)軟件一等獎(jiǎng)、清華大學(xué)教學(xué)工作優(yōu)秀成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。兼任中國力學(xué)學(xué)會(huì)計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員、北京振動(dòng)工程學(xué)會(huì)副理事長、《International、Journal of Computational Methods》編委、《計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)編委》，主要從事計(jì)算力學(xué)和沖擊動(dòng)力學(xué)方面的研究。已出版《無網(wǎng)格法》、《計(jì)算動(dòng)力學(xué)》、《工程彈性力學(xué)與有限元法》、《理論力學(xué)》等專著與教材。

書籍目錄

緒論第I篇  運(yùn)動(dòng)學(xué)  第1章  點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)    1．1  矢量描述法    1．2  直角坐標(biāo)描述法    1．3  自然坐標(biāo)描述法    1．4  極坐標(biāo)描述法    1．5  曲線坐標(biāo)描述法    本章小結(jié)    概念題    習(xí)題  第2章  剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)    2．1  剛體的運(yùn)動(dòng)形式    2．2  剛體運(yùn)動(dòng)的矢量一矩陣描述      2．2．1  剛體的運(yùn)動(dòng)方程      2．2．2  剛體上任意點(diǎn)的速度和加速度      2．2．3  剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)    2．3  剛體平面運(yùn)動(dòng)      2．3．1  運(yùn)動(dòng)方程      2．3．2  剛體上任意點(diǎn)的速度和加速度      2．3．3  速度分析      2．3．4  加速度分析    2．4  剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)      2．4．1  剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的幾何描述      2．4．2  剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的解析描述    本章小結(jié)    概念題    習(xí)題  第3章  復(fù)合運(yùn)動(dòng)    3．1  點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)      3．1．1  運(yùn)動(dòng)方程      3．1．2  矢量的絕對(duì)導(dǎo)數(shù)和相對(duì)導(dǎo)數(shù)      3．1．3  速度合成定理      3．1．4  加速度合成定理    3．2  剛體復(fù)合運(yùn)動(dòng)      3．2．1  角速度合成      3．2．2  角加速度合成    本章小結(jié)    概念題    習(xí)題第II篇  靜力學(xué)  第4章  幾何靜力學(xué)    4．1  力系的主矢量與主矩    4．2  力系的等效與簡化    4．3  受力分析與剛體平衡    4．4  平面力系的平衡方程    4．5  考慮摩擦的平衡問題    4．6  剛體系的平衡      4．6．1  組合結(jié)構(gòu)      4．6．2  桁架      4．6．3  機(jī)構(gòu)    本章小結(jié)    概念題    習(xí)題……第III篇  動(dòng)力學(xué)第IV篇  動(dòng)力學(xué)專題附錄習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：機(jī)械振動(dòng)是工程中常見的現(xiàn)象，例如鐘擺的振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)、結(jié)構(gòu)物在陣風(fēng)、波浪或地震作用下引起的振動(dòng)等。機(jī)械振動(dòng)是系統(tǒng)在平衡位形附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，降低機(jī)器、儀表的精度和使用壽命，甚至使結(jié)構(gòu)物破壞，造成災(zāi)難性的后果。另一一方面，工程中也常利用振動(dòng)，例如振動(dòng)送料、振動(dòng)打樁等。掌握機(jī)械振動(dòng)的基本規(guī)律，可以更好地利用有益的振動(dòng)，減少振動(dòng)的危害。在振動(dòng)理論中，常把作用于物體或系統(tǒng)的力稱為激勵(lì)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為響應(yīng)，系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)稱為系統(tǒng)特性。從激勵(lì)特性來看，振動(dòng)可以分為自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)、自激振動(dòng)、參激振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)等。外界激勵(lì)停止后系統(tǒng)的振動(dòng)稱為自由振動(dòng)，系統(tǒng)在外界激勵(lì)作用下的振動(dòng)稱為強(qiáng)迫振動(dòng)。系統(tǒng)在自身運(yùn)動(dòng)誘發(fā)出來的激勵(lì)作用下，也可能產(chǎn)生和維持的振動(dòng)，稱之為自激振動(dòng)。例如演奏提琴所發(fā)出的樂聲，就是琴弦的自激振動(dòng)所致。車床切削加工時(shí)所發(fā)生的激烈的高頻振動(dòng)，架空電纜在風(fēng)作用下發(fā)生與風(fēng)向垂直的上下振動(dòng)（也稱為舞動(dòng)），以及飛機(jī)機(jī)翼的顫振等，都屬于自激振動(dòng)。由于系統(tǒng)本身的參數(shù)隨時(shí)間周期性變化而產(chǎn)生的振動(dòng)稱為參激振動(dòng)。例如人在蕩秋千時(shí)，人體的下蹲及站直使得秋千的折合擺長發(fā)生周期性變化，秋千在初始小擺角下被越蕩越高，產(chǎn)生參激振動(dòng)。系統(tǒng)在非確定性的隨機(jī)激勵(lì)下所作的振動(dòng)稱為隨機(jī)振動(dòng)。行駛在公路上的汽車的振動(dòng)就是隨機(jī)振動(dòng)的典型例子。

編輯推薦

《理論力學(xué)(第2版)》主要特色：以現(xiàn)代的觀點(diǎn)講授經(jīng)典力學(xué)，避免與物理課程內(nèi)容重疊，突出理論力學(xué)的核心與特色。牛頓力學(xué)與分析力學(xué)并重，作為兩條并行的主線貫穿全書，注重這兩個(gè)理論體系的聯(lián)系。以動(dòng)力學(xué)為核心，運(yùn)動(dòng)學(xué)為先導(dǎo)，從一般到特殊講授靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)。每章在正文和習(xí)題之外還有：內(nèi)容提要——在正文之前簡要說明主要內(nèi)容和所需基礎(chǔ)知識(shí)，本章小結(jié)——列出主要知識(shí)點(diǎn)，概念題——幫助讀者檢查對(duì)基本概念的理解情況。

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