為適應(yīng)新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)改革的需要, 編者在近幾年取得的教學(xué)改革成果的基礎(chǔ)上, 結(jié)合各位同仁多年教學(xué)的實踐經(jīng)驗, 參照最新的《理論力學(xué)課程教學(xué)基本要求》, 編寫了本教材。編者一方面考慮到學(xué)生的入學(xué)水平逐年提高及前期課程扎實的理論基礎(chǔ); 另一方面兼顧在我國高等教育的發(fā)展與改革中, 學(xué)校的數(shù)量與類型增多, 對課程提出了不同層次的要求; 同時結(jié)合理論力學(xué)課程的學(xué)時不斷壓縮的實際情況, 本著“提高起點, 降低重心” 的原則, 對原有經(jīng)典內(nèi)容進(jìn)行了改革, 在課程內(nèi)容的取舍和構(gòu)造方式上, 具有針對性、應(yīng)用性和綜合性。編者積極引入面向21 世紀(jì)的新內(nèi)容, 并在一定程度上消除了大學(xué)物理中力學(xué)部分與理論力學(xué)之間的重疊內(nèi)容。在不降低基本要求的前提下, 對課程體系進(jìn)行了較大幅度的改革與創(chuàng)新, 把教材由傳統(tǒng)的三篇改為運動學(xué)、動力學(xué)兩篇, 靜力學(xué)內(nèi)容放在動力學(xué)相應(yīng)的章節(jié)中講授。此前, 按這種體系改革的教材編者已使用多屆, 取得了良好的教學(xué)效果, 明顯節(jié)省了學(xué)時, 提高了教學(xué)效率, 得到了各高校眾多師生的認(rèn)同。
本教材第1 篇為運動學(xué)部分。該篇分為四章, 其主要內(nèi)容為: 點的運動學(xué)、剛體的簡單運動、點的合成運動及剛體的平面運動。本教材以矢量數(shù)學(xué)作為工具, 使理論力學(xué)基本概念的數(shù)學(xué)描述更為簡潔, 點的速度、加速度在直角坐標(biāo)軸上的投影已在物理學(xué)中涉及, 可作復(fù)習(xí)性講授, 重點講授自然軸系的生成、點的加速度在自然軸上的投影; 以矢量表示角速度、角加速度, 以矢量積表示定軸轉(zhuǎn)動剛體上任一點的速度、加速度; 用矢量直接推導(dǎo)動系為轉(zhuǎn)動時點的加速度合成定理, 與從傳統(tǒng)教材靜力學(xué)導(dǎo)入相比, 顯然提高了起點。讓學(xué)生一開始就涉及高等數(shù)學(xué)中的微積分知識, 容易引起他們的興趣和學(xué)習(xí)的主動性, 為學(xué)好后續(xù)內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。考慮到矢量運算的重要性, 編者在附錄中新增“矢量分析” 一節(jié), 敘述了矢量的概念和基本運算, 可供對矢量分析知識薄弱的讀者選學(xué)。其次, 運動學(xué)研究物體運動的幾何性質(zhì), 而不考慮物體運動的原因, 因此將靜力學(xué)問題放到其后的動力學(xué)中講授, 對運動學(xué)的講授沒有任何影響。
第2 篇為動力學(xué)部分。該篇分為九章, 其主要內(nèi)容為: 剛體動力學(xué)的基本概念、力系的簡化與平衡、質(zhì)點動力學(xué)、動量定理、動量矩定理、動能定理、達(dá)朗貝爾原理、虛位移原理及動力學(xué)普遍方程和機械振動基礎(chǔ)。
靜力學(xué)問題原本就是動力學(xué)問題的一個特例, 它的分析方法(如力的投影、合成、分解及平衡) 也是動力學(xué)分析的基礎(chǔ), 將原靜力學(xué)問題回歸到動力學(xué)中, 并作為其基礎(chǔ)敘述, 使此部分知識更容易融會貫通、易教易學(xué)。靜力學(xué)內(nèi)容在動力學(xué)中是這樣處理的: 力、力偶的概念和性質(zhì)、力的投影與分解、約束和約束力、受力分析等, 作為動力Ⅲ學(xué)基本概念放在第5 章中講授。力系的簡化與平衡在第6 章講授, 為強化基本概念, 讓學(xué)生對問題有一個全局的認(rèn)識, 編者采取了從特殊到一般再到特殊的方法引入基本概念。首先介紹了空間匯交力系和力偶系的簡化與平衡這一特殊問題, 而后引入的空間任意力系的簡化結(jié)果即為前兩個問題的簡化, 其平衡方程也為前兩個問題平衡方程的綜合。對特殊情形下的力系, 如平面任意力系、平行力系等, 可根據(jù)其限制條件方便地得出相應(yīng)的平衡方程。本章還討論了系統(tǒng)的平衡、摩擦平衡及重心問題。
第7 章至第10 章分別對質(zhì)點動力學(xué)、動量定理、動量矩定理和動能定理進(jìn)行了討論。上述內(nèi)容應(yīng)作為中低學(xué)時所應(yīng)涉及的主要內(nèi)容。
第11 章至第13 章介紹了達(dá)朗貝爾原理、虛位移原理及動力學(xué)普遍方程和機械振動基礎(chǔ), 對此類較深的、提高性的內(nèi)容, 則抓住實質(zhì)和特點做精煉的陳述。教師可根據(jù)授課學(xué)時掌握講授內(nèi)容。
本教材在每一章結(jié)尾增加了小結(jié), 小結(jié)內(nèi)容分為本章基本要求、本章重點、本章難點和學(xué)習(xí)建議四個部分, 目的是為了讀者在學(xué)習(xí)本章的過程中, 能對該章的主要內(nèi)容有一個系統(tǒng)的認(rèn)識和梳理, 為按教學(xué)大綱的要求迅速掌握該章知識要點提供了方便。每章后都附有難易不等的大量習(xí)題, 讀者可根據(jù)自身情況選做。
本教材力求做到重點突出, 條理清晰, 結(jié)構(gòu)緊湊, 敘述嚴(yán)謹(jǐn)。此前, 本教材作為自編教材曾在山東大學(xué)和國內(nèi)部分高校使用多年, 取得了滿意的效果。今編者對部分內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整, 使之更趨于合理, 對教材中的符號均按國家最新標(biāo)準(zhǔn)處理。
參加本教材編寫工作的有: 劉廣榮(第1 章至第4 章)、馮維明(第5 章至第7 章、第12 章、第13 章和附錄A 至附錄C)、李文娟(第8 章至第11 章、附錄D)。書中插圖全部由馮維明繪制。總體框架、前言和全書的統(tǒng)稿由馮維明負(fù)責(zé)。
山東大學(xué)工程力學(xué)系部分教師對本書的構(gòu)思、編輯提出了寶貴的意見, 本教材作為省級和校級教學(xué)改革項目的一部分得到了相關(guān)部門的支持與資助, 編者在此謹(jǐn)表深深的謝意。
由于編者水平有限, 欠妥之處在所難免, 懇請同行及讀者指正。
編　者2018 年于山東大學(xué)Ⅳ