理論力學(xué)

前言

本書是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，是參照教育部高等學(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》）編寫的，其主要特色如下：（1）提高起點(diǎn)，刪去了與大學(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，重視分析問題、解決問題的方法。（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。本書適用于工科各專業(yè)，書中標(biāo)有*的內(nèi)容對(duì)應(yīng)《基本要求》中的專題部分，可根據(jù)專業(yè)要求選用。全書由河海大學(xué)許慶春編寫，思考題、習(xí)題由張慧編寫。河海大學(xué)陳定圻教授對(duì)本書的編寫提出了許多寶貴意見，在此深表感謝。書稿承蒙邱棣華教授認(rèn)真仔細(xì)地審閱，并提出許多寶貴的意見，在此深表感謝！本書編寫過程中，主要參考了華東水利學(xué)院（現(xiàn)河海大學(xué)）工程力學(xué)教研室理論力學(xué)編寫組編寫的《理論力學(xué)》（上、下冊(cè)）、吳永禎、張本悟、陳定圻編寫的《理論力學(xué)》（上、下冊(cè)），同時(shí)還參考了國(guó)內(nèi)外一些優(yōu)秀教材，在此謹(jǐn)向這些教材的編著者深表感謝！限于水平，書中錯(cuò)誤與不妥之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。全書共5篇19章，第1～4章為第1篇靜力學(xué)，包括基本概念和基本原理、力系的簡(jiǎn)化、力系的平衡、靜力學(xué)應(yīng)用專題(平面靜定桁架與摩擦)等；第5～8章為第2篇運(yùn)動(dòng)學(xué)，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)等；第9～13章為第3篇矢量動(dòng)力學(xué)，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)朗貝爾原理等；第14、15章為第4篇分析力學(xué)基礎(chǔ)，包括虛位移原理、拉格朗日方程、哈密頓原理等；第16～19章為第5篇?jiǎng)恿W(xué)專題，包括剛體的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系在非慣性參考系中的動(dòng)力學(xué)、碰撞、微振動(dòng)理論基礎(chǔ)等。    本書緊密聯(lián)系工程實(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。    本書可作為高等院校土建類、水利類專業(yè)教材，也可作為工程力學(xué)、港口航道及海岸工程等專業(yè)教材，還可作為工科類院校其他相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書。

書籍目錄

前言主要符號(hào)表緒論第1篇  靜力學(xué)  第1章  基本概念及基本原理    第1節(jié)  力的概念    第2節(jié)  靜力學(xué)基本原理    第3節(jié)  力的投影與力的分解    第4節(jié)  力矩    第5節(jié)  力偶    思考題    習(xí)題  第2章  力系的簡(jiǎn)化    第1節(jié)  匯交力系的簡(jiǎn)化    第2節(jié)  力偶系的簡(jiǎn)化    第3節(jié)  任意力系的簡(jiǎn)化    第4節(jié)  任意力系簡(jiǎn)化結(jié)果討論    第5節(jié)  重心和形心    第6節(jié)  平行分布力的簡(jiǎn)化    思考題    習(xí)題  第3章  力系的平衡    第1節(jié)  約束與約束力    第2節(jié)  計(jì)算簡(jiǎn)圖和示力圖    第3節(jié)  匯交力系的平衡    第4節(jié)  力偶系的平衡    第5節(jié)  任意力系的平衡    第6節(jié)  靜定與超靜定問題物體系統(tǒng)的平衡    思考題    習(xí)題  第4章  靜力學(xué)應(yīng)用專題    第1節(jié)  平面靜定桁架    第2節(jié)  摩擦    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)    第1節(jié)  點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的矢量法    第2節(jié)  點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)法    第3節(jié)  點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的自然法    第4節(jié)  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)    第1節(jié)  剛體的平行移動(dòng)    第2節(jié)  剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)    第3節(jié)  轉(zhuǎn)動(dòng)剛體內(nèi)各點(diǎn)的速度和加速度    第4節(jié)  角速度與角加速度的矢量表示以矢積表示點(diǎn)的速度和加速度    思考題    習(xí)題  第7章  點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)    第1節(jié)  合成運(yùn)動(dòng)的概念    第2節(jié)  點(diǎn)的速度合成定理    第3節(jié)  牽連運(yùn)動(dòng)為平移時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理    第4節(jié)  牽連運(yùn)動(dòng)為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理    思考題    習(xí)題  第8章  剛體的平面運(yùn)動(dòng)    第1節(jié)  剛體平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程    第2節(jié)  平面圖形內(nèi)務(wù)點(diǎn)的速度速度瞬心    第3節(jié)  平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的加速度加速度瞬心    思考題    習(xí)題第3篇  矢量動(dòng)力學(xué)    第9章  動(dòng)力學(xué)基本定律質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程    第1節(jié)  牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性參考系    第2節(jié)  單位制和量綱    第3節(jié)  質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程    思考題    習(xí)題  第10章  質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理動(dòng)量定理    第1節(jié)  質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理    第2節(jié)  動(dòng)量和沖量    第3節(jié)  動(dòng)量定理    思考題    習(xí)題  第11章  動(dòng)量矩定理    第1節(jié)  動(dòng)量矩    第2節(jié)  動(dòng)量矩定理    第3節(jié)  剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程    第4節(jié)  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    思考題    習(xí)題  第12章  動(dòng)能定理    第1節(jié)  功與功率    第2節(jié)  動(dòng)能    第3節(jié)  動(dòng)能定理    第4節(jié)  勢(shì)力場(chǎng)與勢(shì)能    第5節(jié)  機(jī)械能守恒定理    第6節(jié)  普遍定理的綜合應(yīng)用    思考題    習(xí)題  第13章  達(dá)朗貝爾原理    第1節(jié)  達(dá)朗貝爾原理慣性力    第2節(jié)  達(dá)朗貝爾原理在剛體動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用    第3節(jié)  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4篇  分析力學(xué)基礎(chǔ)  第14章  分析靜力學(xué)    第1節(jié)  約束與約束方程    第2節(jié)  自由度和廣義坐標(biāo)    第4節(jié)  虛位移原理    第5節(jié)  廣義力以廣義力表示的質(zhì)點(diǎn)系平衡條件    第6節(jié)  保守系統(tǒng)平衡的穩(wěn)定性    思考題    習(xí)題  第15章  分析動(dòng)力學(xué)    第1節(jié)  動(dòng)力學(xué)普遍方程    第2節(jié)  拉格朗日方程    第3節(jié)  拉格朗日方程的首次積分    第4節(jié)  哈密頓原理    第5節(jié)  正則方程    思考題    習(xí)題第5篇  動(dòng)力學(xué)專題  第16章  剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)    第1節(jié)  剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程    第2節(jié)  位移定理轉(zhuǎn)動(dòng)瞬軸無限小角位移合成定理    第3節(jié)  角速度及角加速度    第4節(jié)  定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體內(nèi)一點(diǎn)的速度和加速度    第5節(jié)  剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的歐拉動(dòng)力學(xué)方程    第6節(jié)  陀螺近似理論    思考題    習(xí)題  第17章  質(zhì)點(diǎn)系在非性性參考系中的動(dòng)力學(xué)    第1節(jié)  非慣性參考系中的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本方程    第2節(jié)  非慣性參考系中的動(dòng)力學(xué)普遍定理    第3節(jié)  地球自轉(zhuǎn)對(duì)地面上物體運(yùn)動(dòng)的影響    思考題    習(xí)題  第18章  碰撞    第1節(jié)  碰撞的特征    第2節(jié)  基本假設(shè)與基本理論    第3節(jié)  兩物體的對(duì)心碰撞    第4節(jié)  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19章  微振動(dòng)理論基礎(chǔ)    第1節(jié)  單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)    第2節(jié)  單自由度系統(tǒng)的衰減振動(dòng)    第3節(jié)  單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)    第4節(jié)  減振與隔振    第5節(jié)  兩個(gè)自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)    第6節(jié)  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)    第1節(jié)  變矢量與矢量導(dǎo)數(shù)    第2節(jié)  變矢量的絕對(duì)導(dǎo)數(shù)和相對(duì)導(dǎo)數(shù)  附錄B  轉(zhuǎn)動(dòng)慣量    第1節(jié)  轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的一般公式    第2節(jié)  慣性積與慣性主軸    第3節(jié)  平行軸定理    第4節(jié)  轉(zhuǎn)軸公式  習(xí)題參考答案  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：一、理論力學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的一門學(xué)科。按照辯證唯物主義的觀點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)存在的形式，是物質(zhì)的固有屬性，它包括宇宙中發(fā)生的一切現(xiàn)象和過程——從簡(jiǎn)單的位置變化到人的思維活動(dòng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)則是所有運(yùn)動(dòng)形式中最簡(jiǎn)單的一種，指的是物體在空間的位置隨時(shí)間的變化。如車輛的行駛、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)、水的流動(dòng)、宇宙飛船的運(yùn)行、建筑物的振動(dòng)等，都屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)；平衡是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊情況。理論力學(xué)是研究速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它以牛頓定律為基礎(chǔ)，屬于古典力學(xué)的范疇。而速度接近于光速的物體和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，則要用相對(duì)論和量子力學(xué)進(jìn)行研究。雖然古典力學(xué)有局限性，但在日常生活和一般工程技術(shù)（水利、土木、機(jī)械、航空、航天等）中，所考察的物體都是宏觀物體，且運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速，所以，有關(guān)力學(xué)問題仍然用古典力學(xué)的原理來解決。本書內(nèi)容分為以下三部分：靜力學(xué)：主要研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律，包括物體的受力分析，力系的等效簡(jiǎn)化，力系的平衡條件及其應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)學(xué)：僅從幾何方面研究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（軌跡、速度、加速度等），而不考慮引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的物理因素。動(dòng)力學(xué)：研究物體的運(yùn)動(dòng)與作用在物體上的力之間的關(guān)系。二、理論力學(xué)的研究方法力學(xué)的發(fā)展完全符合辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論。人們通過長(zhǎng)期的生活實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)，積累了關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的豐富材料，經(jīng)過分析、綜合和歸納，總結(jié)出力學(xué)基本規(guī)律，形成力學(xué)概念，又回到實(shí)踐中去加以檢驗(yàn)并指導(dǎo)實(shí)踐；再從實(shí)踐中獲得新的材料，推動(dòng)理論的進(jìn)一步發(fā)展和完善。在形成理論力學(xué)概念和系統(tǒng)理論的過程中，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)大量來自實(shí)踐的材料，必須根據(jù)所研究問題的性質(zhì)，抓住主要的、起決定作用的因素，撇開次要的、偶然的因素，深入事物的本質(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。

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《理論力學(xué)》：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

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