本書針對力學知識要求適中的工科非力學類專業(yè)中少學時的教學需求。內(nèi)容的選取以教育部頒布的“理論力學教學基本要求”為依據(jù),根據(jù)多年進行“突出力學素質(zhì)培養(yǎng)”的教學改革實踐和工科理論力學中少學時的教學實踐。本書以簡單剛體系統(tǒng)的靜力學、運動學和動力學為主線,突出剛體力學,4-6章為運動學部分,7-12章為動力學部分。靜力學部分采用由一般到特殊的宏觀結構,節(jié)省篇幅,但在具體內(nèi)容上做到由淺入深。
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本書為適應理論力學中學時課程教學要求,以教育部頒布的“理論力學課程教學基本要求(B類)”為依據(jù),參考了范欽珊、陳建平等編著的《理論力學(第2版)》以及部分國內(nèi)外教材,結合作者多年來開展“突出力學素質(zhì)培養(yǎng)”的教學改革實踐和研究成果而編寫。與現(xiàn)行同類教材相比,本書具有以下特色:
。1)適當提高了起點,刪除了與大學物理重疊的一些部分,按中學時教學要求精練了內(nèi)容,篇幅有較大幅度的減少,力圖做到用有限的學時使學生既掌握最基本的經(jīng)典內(nèi)容,又能了解理論力學的工程應用以及新進展。
(2)加強工程概念,引入了大量涉及廣泛領域的工程實例以及與工程有關的例題和習題,從不同的角度提出問題,揭示矛盾,培養(yǎng)讀者在工程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。
(3)以簡單剛體系統(tǒng)的靜力學、運動學和動力學為主線,突出理論力學的主要研究對象剛體和簡單剛體系統(tǒng),與大學物理中力學部分的主要研究對象質(zhì)點形成區(qū)別。
(4)書中增加了數(shù)字化教學資源,讀者可以通過掃描書中的二維碼鏈接相關的數(shù)字化教學資源,更便于讀者學習參考。
全書共12章,其中1~3章為靜力學部分,4~6章為運動學部分,7~12章為動力學部分。本書初稿在南京航空航天大學相關專業(yè)中學時理論力學課程多年教學實踐的基礎上形成。本書敘述嚴謹,由淺入深,可作為高等院校機械、土木、交通、材料、水利、兵器等相關專業(yè)的理論力學中學時課程教材,也可供有關工程技術人員參考。
清華大學教授、南京航空航天大學錢偉長講座教授范欽珊先生審閱了全書書稿并提出了寶貴意見,在本書編寫過程中還得到了南京航空航天大學航空宇航學院和科學出版社的大力支持與幫助,在此一并表示衷心感謝。相關數(shù)字化教學資源有些來源于網(wǎng)絡媒體,在此向原發(fā)布者致謝。
由于作者水平有限,書中不足和疏漏之處,懇請讀者指正。
目錄
緒論1
第1章 基本力學概念與物體受力分析3
1.1基本力學模型與概念3
1.1.1物體的模型3
1.1.2力的概念3
1.1.3力的作用效應4
1.1.4力系5
1.2靜力學基本原理5
1.2.1力的平行四邊形法則矢量的合成5
1.2.2二力平衡原理6
1.2.3加減平衡力系原理6
1.2.4作用和反作用定律7
1.2.5剛化原理7
1.3力的投影與正交分解8
1.3.1力在直角坐標軸上投影8
1.3.2力的正交分解與矢量表達9
1.4力矩概念的擴展和延伸9
1.4.1力對點之矩及其矢量表示9
1.4.2力對軸之矩10
1.4.3合力矩定理11
1.4.4力矩關系定理12
1.5力偶及其力偶矩13
1.5.1力偶的定義13
1.5.2力偶的基本性質(zhì)及力偶矩14
1.6約束與約束力16
1.6.1約束的概念16
1.6.2工程中常見的約束與約束力16
1.7受力分析初步21
習題24
第2章 力系的簡化與平衡28
2.1匯交力系的簡化與平衡28
2.1.1匯交力系的簡化28
2.1.2匯交力系的平衡28
2.2力偶系的簡化與平衡31
2.2.1力偶系的簡化31
2.2.2力偶系的平衡32
2.3任意力系的簡化33
2.3.1力的平移定理33
2.3.2力系的主矢與主矩34
2.3.3任意力系向一點的簡化36
2.3.4任意力系簡化結果的討論37
2.3.5同向平行分布力系的簡化重心和質(zhì)心39
2.4任意力系的平衡44
2.4.1空間任意力系的平衡44
2.4.2平面任意力系的平衡47
2.5物體系統(tǒng)的平衡及靜定與靜不定問題51
2.5.1物體系統(tǒng)的平衡51
2.5.2平衡的靜定與靜不定問題55
習題57
第3章 靜力學應用專題67
3.1平面靜定桁架的靜力分析67
3.1.1桁架的概念67
3.1.2桁架的簡化68
3.1.3平面桁架內(nèi)力分析的基本方法69
3.1.4關于零力桿71
3.2考慮摩擦的平衡問題72
3.2.1摩擦的概念72
3.2.2滑動摩擦力庫侖摩擦定律72
3.2.3摩擦角與自鎖現(xiàn)象74
3.2.4具有滑動摩擦的平衡問題77
3.2.5滾動摩阻概述83
習題86
第4章 點的一般運動與剛體的基本運動93
4.1點的一般運動93
4.1.1描述點運動的矢量法93
4.1.2描述點運動的直角坐標法94
4.1.3描述點運動的弧坐標法96
4.2剛體的基本運動101
4.2.1剛體的平移101
4.2.2剛體的定軸轉動102
習題107
第5章 點的復合運動111
5.1點的復合運動的概念111
5.1.1兩種參考系111
5.1.2三種運動111
5.1.3三種速度和三種加速度111
5.1.4絕對運動方程與相對運動方程112
5.2速度合成定理113
5.3牽連運動為平移的加速度合成定理116
5.4牽連運動為轉動的加速度合成定理119
5.4.1牽連運動為轉動時點的加速度合成定理119
5.4.2科氏加速度120
習題126
第6章 剛體平面運動132
6.1剛體平面運動的概念132
6.1.1剛體平面運動力學模型的簡化132
6.1.2剛體平面運動的運動方程133
6.2平面運動的分解134
6.3平面圖形上各點的速度分析136
6.3.1基點法136
6.3.2速度投影法137
6.3.3瞬時速度中心法138
6.4平面圖形上各點的加速度分析142
習題149
第7章 質(zhì)點系動量定理154
7.1質(zhì)點系動力學普遍定理概述154
7.1.1動力學普遍定理概述154
7.1.2質(zhì)點系的質(zhì)心154
7.1.3質(zhì)點系的外力和內(nèi)力154
7.2質(zhì)點系的動量155
7.3質(zhì)點系動量定理與質(zhì)心運動定理156
7.3.1動量定理156
7.3.2質(zhì)心運動定理157
7.3.3動量定理與質(zhì)心運動定理的投影式與守恒式157
7.4動量定理應用于簡單剛體系統(tǒng)158
習題161
第8章 質(zhì)點系動量矩定理165
8.1質(zhì)點系對定點的動量矩定理165
8.1.1質(zhì)點對定點的動量矩165
8.1.2質(zhì)點系對定點的動量矩165
8.1.3質(zhì)點系對定點的動量矩定理165
8.2剛體定軸轉動動力學方程剛體對軸的轉動慣量167
8.2.1剛體定軸轉動動力學方程167
8.2.2剛體對軸的轉動慣量168
8.3質(zhì)點系對質(zhì)心的動量矩定理171
8.3.1質(zhì)點系對質(zhì)心的動量矩171
8.3.2質(zhì)點系對質(zhì)心的動量矩定理172
8.3.3關于質(zhì)點系相對質(zhì)心(平移參考系)動量矩定理的討論173
8.4剛體平面運動動力學方程及討論174
8.4.1剛體平面運動動力學方程174
8.4.2關于剛體平面運動動力學方程的討論175
習題177
第9章 質(zhì)點系動能定理182
9.1力的功182
9.1.1力的功的定義182
9.1.2彈簧力的功182
9.1.3作用在剛體上力偶的功183
9.1.4內(nèi)力的功183
9.1.5約束力的功184
9.2質(zhì)點系與剛體的動能185
9.2.1質(zhì)點系的動能185
9.2.2柯尼希定理186
9.2.3剛體的動能186
9.3質(zhì)點系動能定理與機械能守恒188
9.3.1質(zhì)點系動能定理188
9.3.2有勢力和勢能189
9.3.3機械能守恒190
9.4動力學普遍定理綜合應用192
習題197
第10章 達朗貝爾原理202
10.1質(zhì)點的達朗貝爾原理202
10.2質(zhì)點系的達朗貝爾原理203
10.3慣性力系的簡化204
10.3.1一般質(zhì)點系慣性力系的簡化204
10.3.2剛體慣性力系的簡化204
10.3.3慣性力系的主矢與主矩的物理意義207
習題212
第11章 分析靜力學215
11.1分析力學的基本概念215
11.1.1剛體靜力學與分析靜力學的比較215
11.1.2約束與約束方程216
11.1.3廣義坐標與自由度218
11.1.4虛位移與虛功219
11.1.5理想約束220
11.2虛位移原理及應用220
11.2.1虛位移原理220
11.2.2虛位移原理應用概述221
11.3勢能駐值定理與最小勢能原理226
11.3.1勢能駐值定理226
11.3.2最小勢能原理226
習題228
第12章 動力學應用專題231
12.1非慣性參考系中的質(zhì)點動力學231
12.1.1質(zhì)點在非慣性系中的動力學微分方程231
12.1.2幾種特殊情況232
12.1.3應用舉例232
12.1.4幾點討論236
12.2振動分析基礎238
12.2.1單自由度線性系統(tǒng)的振動微分方程238
12.2.2單自由度系統(tǒng)的無阻尼自由振動240
12.2.3單自由度系統(tǒng)的有阻尼自由振動242
12.2.4單自由度線性系統(tǒng)的受迫振動245
12.2.5單自由度線性系統(tǒng)振動實驗250
習題250
附錄A習題答案254
附錄B主要參考書目265