理論力學(xué)

前言

本教材為高等學(xué)校水利學(xué)科專業(yè)規(guī)范核心課程教材之一。受高等學(xué)校水利學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和中國(guó)水利水電出版社委托，參照教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)編制的《理工科非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》（試行，2008年版）（以下簡(jiǎn)稱《基本要求》）編寫此教材。本書的主要特色如下：（1）提高起點(diǎn)，刪減與大學(xué)物理重復(fù)的內(nèi)容，增加反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容。（2）注重力學(xué)概念的闡述，重視分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法。（3）緊密聯(lián)系水利、土木等工程實(shí)際，注重力學(xué)建模能力的培養(yǎng)和力學(xué)在工程中的應(yīng)用。（4）在繼承本課程理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)的基礎(chǔ)上，設(shè)置了一定量的思考題，以促進(jìn)思考、啟發(fā)思維、培養(yǎng)創(chuàng)新精神。書中標(biāo)有關(guān)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)《基本要求》申的專題部分，可根據(jù)專業(yè)要求選用。本書由許慶春、楊開云、楚海建主編。其中第1－4章由楚海建編寫；第5-9章由楊開云、韓立新編寫；緒論、第10－18章、附錄A、附錄B等由許慶春編寫，張慧參加了部分內(nèi)容的編寫及校對(duì)工作。書稿承蒙清華大學(xué)賈書惠教授認(rèn)真仔細(xì)地審閱，并提出許多寶貴的意見，在此深表感謝。

內(nèi)容概要

本教材為高等學(xué)校水利學(xué)科專業(yè)規(guī)范核心課程系列教材之一。全書共3篇18章，第1—4章為靜力學(xué)篇，包括基本概念和靜力學(xué)公理，力系的簡(jiǎn)化、力系的平衡、靜力學(xué)應(yīng)用專題(摩擦與靜定乎面桁架)等內(nèi)容；第5—9章為運(yùn)動(dòng)學(xué)篇，包括點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、剛體的基本運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)、剛體的平面運(yùn)動(dòng)、剛體的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容；第10—18章為動(dòng)力學(xué)篇，包括質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程、動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理、達(dá)朗貝爾原理、虛位移原理、拉格朗日方程、碰撞、微振動(dòng)理論基礎(chǔ)等內(nèi)容。    本書緊密聯(lián)系下程實(shí)際，重視力學(xué)概念的闡述，注重力學(xué)建模能力的培養(yǎng)，堅(jiān)持理論與應(yīng)用并重，突出水利、土木類專業(yè)特色。本書可作為高等學(xué)校水利、土木類專業(yè)的教材，也可作為高等學(xué)校工種其他專業(yè)的教材。

書籍目錄

總前言 前言 主要符號(hào)表 緒論   0.1 理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容   0.2 理論力學(xué)的研究方法   0.3 學(xué)習(xí)理論力學(xué)的目的 第1篇 靜力學(xué)   第1章 基本概念和靜力學(xué)公理     1.1 力的概念     1.2 靜力學(xué)公理     1.3 力的投影與力的分解     1.4 力矩     1.5 力偶     1.6 約束與約束力     1.7 計(jì)算簡(jiǎn)圖和示力圖     思考題     習(xí)題   第2章 力系的簡(jiǎn)化     2.1 力系的分類     2.2 匯交力系的簡(jiǎn)化     2.3 力偶系的簡(jiǎn)化     2.4 任意力系的簡(jiǎn)化     2.5 重心和形心     2.6 平行分布力的簡(jiǎn)化     思考題     習(xí)題   第3章 力系的平衡     3.1 匯交力系的平衡     3.2 力偶系的平衡     3.3 任意力系的平衡     3.4 靜定與超靜定問(wèn)題物體系統(tǒng)的平衡問(wèn)題     思考題     習(xí)題   第4章 靜力學(xué)應(yīng)用專題     4.1 摩擦     4.2 靜定平面桁架     思考題     習(xí)題 第2篇 運(yùn)動(dòng)學(xué)   第5章 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)     5.1 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的矢量法     5.2 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)法     5.3 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的自然法     5.4 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的極坐標(biāo)法     思考題     習(xí)題   第6章 剛體的基本運(yùn)動(dòng)     6.1 剛體的平行移動(dòng)     6.2 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)     6.3 轉(zhuǎn)動(dòng)剛體內(nèi)各點(diǎn)的速度和加速度     6.4 定軸輪系的傳動(dòng)比     6.5 泊桑公式     思考題     習(xí)題   第7章 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)     7.1 基本概念     7.2 點(diǎn)的速度合成     7.3 牽連運(yùn)動(dòng)為平移時(shí)點(diǎn)的加速度合成     7.4 牽連運(yùn)動(dòng)為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成     思考題     習(xí)題   第8章 剛體的平面運(yùn)動(dòng)     8.1 運(yùn)動(dòng)方程平面運(yùn)動(dòng)作為平移和轉(zhuǎn)動(dòng)的合成     8.2 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度速度瞬心     8.3 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的加速度     8.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合應(yīng)用舉例     思考題     習(xí)題   第9章 剛體的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)     9.1 剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程     9.2 歐拉定理     9.3 瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸剛體的角速度和角加速度     9.4 剛體內(nèi)各點(diǎn)的速度和加速度     思考題     習(xí)題 第3篇 動(dòng)力學(xué)   第10章 動(dòng)力學(xué)基本定律質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程     10.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性參考系     10.2 單位制和量綱     10.3 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程     10.4 質(zhì)點(diǎn)在非慣性參考系中的運(yùn)動(dòng)     思考題     習(xí)題   第11章 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理動(dòng)量定理     11.1 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理     11.2 動(dòng)量和沖量     11.3 動(dòng)量定理     思考題     習(xí)題   第12章 動(dòng)量矩定理     12.1 動(dòng)量矩     12.2 動(dòng)量矩定理     12.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程     12.4 相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩定理剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程     12.5 剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的歐拉動(dòng)力學(xué)方程     12.6 陀螺近似理論     思考題     習(xí)題   第13章 動(dòng)能定理     13.1 功與功率     13.2 動(dòng)能     13.3 動(dòng)能定理     13.4 勢(shì)力場(chǎng)勢(shì)能機(jī)械能守恒定理     13.5 普遍定理的綜合應(yīng)用     思考題     習(xí)題   第14章 達(dá)朗貝爾原理     14.1 達(dá)朗貝爾原理     14.2 達(dá)朗貝爾原理在剛體動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用     14.3 非對(duì)稱轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的軸承動(dòng)約束力     思考題     習(xí)題   第15章 分析力學(xué)基礎(chǔ)(一)     15.1 約束與約束方程     15.2 自由度和廣義坐標(biāo)     15.3 虛位移理想約束     15.4 虛位移原理     15.5 動(dòng)力學(xué)普遍方程     思考題     習(xí)題   第16章 分析力學(xué)基礎(chǔ)(二)     16.1 廣義力以廣義力表示的質(zhì)點(diǎn)系平衡條件     16.2 保守系統(tǒng)平衡的穩(wěn)定性     16.3 拉格朗日方程     16.4 拉格朗日方程的首次積分     思考題     習(xí)題   第17章 碰撞     17.1 碰撞的特征     17.2 基本假設(shè)與基本理論     17.3 兩物體的對(duì)心碰撞     17.4 碰撞對(duì)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體及平面運(yùn)動(dòng)剛體的作用     思考題     習(xí)題   第18章 微振動(dòng)理論基礎(chǔ)     18.1 單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)     18.2 單自由度系統(tǒng)的衰減振動(dòng)     18.3 單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)     18.4 減振與隔振     18.5 兩個(gè)自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)     18.6 兩個(gè)自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)     思考題     習(xí)題 附錄A 矢量導(dǎo)數(shù) 附錄B 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 習(xí)題參考答案 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在形成理論力學(xué)概念和系統(tǒng)理論的過(guò)程中，抽象化和數(shù)學(xué)演繹這兩種方法起著重要的作用?？陀^事物總是復(fù)雜多樣的。對(duì)大量來(lái)自實(shí)踐的材料，必須根據(jù)所研究問(wèn)題的性質(zhì)，抓住主要的、起決定作用的因素，撇開次要的、偶然的因素，深人事物的本質(zhì)，了解其內(nèi)部聯(lián)系，這就是抽象化方法。例如，在某些問(wèn)題中忽略實(shí)際物體的大小和形狀，得到質(zhì)點(diǎn)的力學(xué)模型；在另一些問(wèn)題中忽略實(shí)際物體受力后的變形，得到剛體的力學(xué)模型。抽象化方法既簡(jiǎn)化了所研究的問(wèn)題，又更深刻地反映了事物的本質(zhì)。但是，抽象必須是科學(xué)的，不能不顧條件，隨意取舍。通過(guò)抽象化，將長(zhǎng)期實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)所積累的感性材料加以分析、綜合、歸納，得到一些基本的概念、定律或原理，再以這些基本概念、定律或原理為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推演，得到一些定理和公式，構(gòu)成系統(tǒng)的理論，這就是數(shù)學(xué)演繹方法。應(yīng)當(dāng)注意，數(shù)學(xué)推演是在經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明其為正確的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的，且由此導(dǎo)出的定理或公式，必須回到實(shí)踐中去，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，證明其為正確時(shí)才能成立。理論力學(xué)的許多定理都是以牛頓定律為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到的。這些定理揭示了力學(xué)中一些物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系，并經(jīng)實(shí)踐證明是正確的，但這些定理也只是在一定范圍內(nèi)才成立。0.3 學(xué)習(xí)理論力學(xué)的目的理論力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，在諸多工程技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)理論力學(xué)的目的是：（1）掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，為解決工程問(wèn)題打下一定的基礎(chǔ)。從水利、土木工程中結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和施工、機(jī)械的制造與運(yùn)轉(zhuǎn)，到宇宙飛船的發(fā)射和運(yùn)行，都有著大量的力學(xué)問(wèn)題，理論力學(xué)在解決這些問(wèn)題時(shí)有著廣泛的應(yīng)用。（2）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程作準(zhǔn)備。理論力學(xué)是材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、水力學(xué)、流體力學(xué)、彈性力學(xué)、振動(dòng)理論、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，理論力學(xué)的研究?jī)?nèi)容已滲透到其他科學(xué)領(lǐng)域，如生物力學(xué)、電磁流體力學(xué)、爆炸力學(xué)等。

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