本書是按照教育部高等學(xué)校非力學(xué)專業(yè)《理論力學(xué)課程教學(xué)基本要求》的指導(dǎo)意見,針對60~80學(xué)時數(shù)的教學(xué)內(nèi)容編寫的。
全書包括靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)三部分,主要內(nèi)容有:靜力學(xué)基礎(chǔ)、匯交力系、力偶理論、平面任意力系、空間任意力系、摩擦、點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)、剛體的基本運(yùn)動、點(diǎn)的合成運(yùn)動、剛體的平面運(yùn)動、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動微分方程、動量定理、動量矩定理、動能定理、達(dá)朗伯原理、虛位移原理、動力學(xué)普遍方程和機(jī)械振動基礎(chǔ)。
本書編寫時適當(dāng)提高了起點(diǎn),減少了與物理課程重復(fù)的內(nèi)容,選用了部分新型的例題和習(xí)題,對部分章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整使課程內(nèi)容安排更加合理,體系更加完整。書中標(biāo)有“*”的章節(jié)為加深的內(nèi)容,可根據(jù)需要選取。每章后面附有精選的思考題和習(xí)題,書后附有部分習(xí)題參考答案。
本書適用于高等工科院校航空航天、機(jī)械工程、交通運(yùn)輸、土木工程、巖土工程、城市地下空間、水利工程、能源動力等專業(yè),也可供其他專業(yè)和有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
該書自1997年出版以來,已近20年。在此期間,社會的發(fā)展、科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的飛躍,日新月異,高等教育隨之取得了令人矚目的成就。為適合創(chuàng)新型國家的建設(shè),我國的高等教育正朝向大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的新的人才培養(yǎng)目標(biāo)而努力。該書的修訂就是在此背景下進(jìn)行的。
全書共三篇十七章,既包含了理論力學(xué)課程教學(xué)的全部基本要求和知識點(diǎn),還列入了機(jī)械振動基礎(chǔ)專題。與第1版教材相比,該書在以下兩方面進(jìn)行了重點(diǎn)修訂:一方面,全書整體結(jié)構(gòu)雖無顯著變化,但部分章節(jié)進(jìn)行了改動甚至重新編寫,如第十五章達(dá)朗伯原理:從原理的名稱提法到該章各節(jié)的重寫與調(diào)整,使得該章的基本概念、基本理論和基本方法在教與學(xué)上更加明晰。另一方面,全書各章調(diào)整了部分習(xí)題,增加了更加體現(xiàn)工程實(shí)例、體現(xiàn)現(xiàn)代氣息的習(xí)題。此外,還新增加了思考題,以引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維,為學(xué)生的課后復(fù)習(xí)閱讀、擴(kuò)展思考提供了便利和指導(dǎo)。
縱覽全書,編者在理論力學(xué)課程方面具有的豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和閱歷,教材符合由高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會、力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會為高等學(xué)校理工科非力學(xué)專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)制訂的《理論力學(xué)課程教學(xué)基本要求》。
該書可供各高等學(xué)校機(jī)械、能源動力、土木工程、材料科學(xué)與工程等工科專業(yè)理論力學(xué)課程教與學(xué)的老師和學(xué)生使用。同時,也可供從事該領(lǐng)域教學(xué)、研究的工作者們閱讀和參考。
西安交通大學(xué) 國家力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 二級教授教育部 基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會 委員
本書于2016年正式出版,歷經(jīng)5年的使用,得到了廣大教師和學(xué)生的認(rèn)可。認(rèn)為本書符合理論力學(xué)課程的教學(xué)要求,便于教師講授且適合學(xué)生自學(xué)。
第2版保持了第1版的體系和風(fēng)格,從章節(jié)安排到教材內(nèi)容都是按照由淺入深、由易到難的特征講述,內(nèi)容豐富,敘述精煉,例題典型,習(xí)題全面,題量豐富,可供選擇范圍大,具有理論聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)?紤]到一些院校教學(xué)計劃調(diào)整的變化,第2版對書中的某些表述和習(xí)題進(jìn)行了修改和調(diào)整,以適應(yīng)大多數(shù)院校對理論力學(xué)課程的教學(xué)要求。修訂后的第2版,結(jié)構(gòu)更加合理,內(nèi)容更加豐富,更符合大多數(shù)工科院校對理論力學(xué)課程的要求,適用于普通高等學(xué)校的理論力學(xué)課程教學(xué)。
參加本書編寫工作的有師俊平、王硯、胡義鋒、劉志強(qiáng)、曹升虎、曹小杉、胡偉鵬、汝艷、何望云、解敏、王芳芳等老師。
在本書第二版的修訂過程中,西北工業(yè)大學(xué)的支希哲教授對書稿修訂提出了許多寶貴的意見,特此致謝。
本書的修訂也得到了西安理工大學(xué)工程力學(xué)系全體老師的支持,在此一并致謝。
由于編者水平有限,書中難免存在一些不足之處,懇請讀者批評指正。
編者2021年4月
根據(jù)教育部制定的《理論力學(xué)課程教學(xué)基本要求》,編者總結(jié)了多年來的理論力學(xué)教學(xué)實(shí)踐,針對近年來理論力學(xué)教學(xué)課時數(shù)不斷減少的實(shí)際情況,編寫了本書。
在編寫本書時,編者注意了避免與物理課程的重復(fù),適當(dāng)提高了起點(diǎn)。考慮到學(xué)生在學(xué)習(xí)理論力學(xué)課程之前已經(jīng)具備矢量、導(dǎo)數(shù)的知識,在本書的理論闡述及定理、公式的推導(dǎo)中都引用了矢量分析的方法;為了便于學(xué)生應(yīng)用理論力學(xué)課程的知識解決工程實(shí)際問題,在保證闡明基本理論的前提下,本書還對一些基本理論做了進(jìn)一步深入的拓展,導(dǎo)出了更便于應(yīng)用的公式,如:速度及加速度投影定理、剛體系統(tǒng)的動量定理、平面運(yùn)動剛體繞其速度瞬心和加速度瞬心的轉(zhuǎn)動方程 、元功及虛功的計算技巧等。此外,針對理論力學(xué)“理論易懂、解題困難”的特點(diǎn),本書增加了較多的具有典型特征的例題,類型全面,有易有難,便于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握。
考慮到理論的系統(tǒng)性,本書在靜力學(xué)中將匯交力系和力偶理論兩章采取了將平面和空間融合在一起講授的方法進(jìn)行編排,更加節(jié)省課時。另外,為了保證理論力學(xué)課程體系的完整性,本書包括了達(dá)朗伯原理、虛位移原理和機(jī)械振動基礎(chǔ)等章節(jié),供授課時選用;本書中還有部分標(biāo)注“*”號的內(nèi)容,一般都是加深、加寬的內(nèi)容,可酌情選用。
本書適用于普通高等工科院校航空航天、機(jī)械工程、交通運(yùn)輸、土木工程、巖土工程、城市地下空間、水利工程、能源動力及材料等專業(yè)的理論力學(xué)課程教學(xué)。對少學(xué)時的理論力學(xué)教學(xué)也可將本書的內(nèi)容做適當(dāng)刪減選用。同時,本書也可供工程技術(shù)人員參考。
參加本書編寫工作的有:師俊平、曹小杉、王硯、胡義鋒、劉志強(qiáng),曹葉霓,解敏等老師。趙巨才和劉協(xié)會老師對本書的出版給予了大力支持,在此,表示深深的謝意。
本書由西安交通大學(xué)張陵教授擔(dān)任主審。張陵教授對本書做了逐字逐句的審定,對原稿提出了許多寶貴的意見,在此向張陵教授表示衷心的感謝!
由于編者的水平有限,書中缺點(diǎn)和錯誤在所難免,懇請讀者批評指正!
編者
序
第2版前言
第1版前言
緒論1
第1篇靜力學(xué)
第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)5
11力的概念靜力學(xué)公理5
12約束約束力9
13受力分析受力圖13
思考題17
習(xí)題19
第2章匯交力系21
21匯交力系的簡化及平衡21
22匯交力系合成與平衡的
幾何法22
23匯交力系合成與平衡的
解析法25
思考題31
習(xí)題31
第3章力偶理論35
31力對點(diǎn)之矩35
32力偶及力偶的性質(zhì)39
33力偶系的合成與平衡42
思考題47
習(xí)題47
第4章平面任意力系51
41平面任意力系向平面內(nèi)一點(diǎn)的
簡化51
42平面任意力系的簡化結(jié)果
分析54
43平面任意力系的平衡58
44靜定與超靜定問題的基本
概念62
45物體系統(tǒng)的平衡63
46平面簡單桁架的內(nèi)力計算68
思考題72
習(xí)題73
第5章 空間任意力系79
51力對軸之矩79
52力對點(diǎn)之矩與力對軸之矩的
關(guān)系81
53空間任意力系向一點(diǎn)的簡化82
54空間任意力系的簡化結(jié)果
分析84
55空間任意力系的平衡85
56物體的重心89
思考題94
習(xí)題94
第6章摩擦99
61滑動摩擦99
62考慮滑動摩擦的平衡問題103
*63滾動摩阻的概念109
思考題112
習(xí)題113
第2篇運(yùn)動學(xué)
第7章點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)119
71點(diǎn)的運(yùn)動矢量表示法119
72點(diǎn)的運(yùn)動直角坐標(biāo)表示法121
73點(diǎn)的運(yùn)動自然坐標(biāo)表示法124
*74點(diǎn)的運(yùn)動極坐標(biāo)表示法130
思考題133
習(xí)題133
第8章剛體的基本運(yùn)動136
81剛體的平行移動136
82剛體的定軸轉(zhuǎn)動137
83定軸輪系傳動比141
*84用矢量表示角速度和角加速度
用矢量積表示點(diǎn)的速度和
加速度144
思考題146
習(xí)題146
第9章點(diǎn)的合成運(yùn)動150
91點(diǎn)的合成運(yùn)動的基本概念150
92點(diǎn)的速度合成定理153
93牽連運(yùn)動為平動時點(diǎn)的加
速度合成定理156
94牽連運(yùn)動為轉(zhuǎn)動時點(diǎn)的加
速度合成定理159
思考題162
習(xí)題163
第10章剛體的平面運(yùn)動169
101剛體平面運(yùn)動的基本概念169
102平面圖形上各點(diǎn)的速度
分析171
103平面圖形上各點(diǎn)的加速度
分析179
104運(yùn)動學(xué)綜合應(yīng)用舉例182
*105平面圖形上的加速度
瞬心187
思考題190
習(xí)題190
理 論 力 學(xué)第2版目錄第3篇動力學(xué)
第11章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動微分方程199
111動力學(xué)基本定律199
112質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動微分方程201
113質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)的兩類問題202
思考題207
習(xí)題208
第12章動量定理211
121動量與沖量211
122質(zhì)點(diǎn)系動量定理214
123質(zhì)心運(yùn)動定理219
思考題224
習(xí)題225
第13章動量矩定理230
131動量矩230
132動量矩定理232
133轉(zhuǎn)動慣量238
134剛體定軸轉(zhuǎn)動微分方程243
135相對質(zhì)心的動量矩定理247
136剛體平面運(yùn)動微分方程248
思考題252
習(xí)題253
第14章動能定理258
141力的功258
142動能262
143動能定理264
144功率功率方程270
145勢力場機(jī)械能守恒定律272
146動力學(xué)普遍定理的綜合
應(yīng)用277
思考題282
習(xí)題283
第15章達(dá)朗伯原理290
151質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗伯原理290
152質(zhì)點(diǎn)系的達(dá)朗伯原理291
153剛體慣性力系的簡化293
*154非對稱轉(zhuǎn)動剛體的軸承動
約束力301
思考題306
習(xí)題307
第16章虛位移原理動力學(xué)
普遍方程311
161約束約束方程311
162自由度廣義坐標(biāo)314
163虛位移虛功理想約束315
164虛位移原理317
*165動力學(xué)普遍方程324
思考題326
習(xí)題327
第17章機(jī)械振動基礎(chǔ) 331
171概述 331
172單自由度系統(tǒng)的自由振動 332
173固有頻率的計算338
174阻尼對自由振動的影響340
175單自由度系統(tǒng)的受迫振動344
*176減振和隔振348
思考題350
習(xí)題351
部分習(xí)題參考答案356
參考文獻(xiàn)373