《理論力學(xué)(第3版)》是根據(jù)教育部編制的理論力學(xué)教學(xué)基本要求(2008年版)修訂的,保留了前2版盡量避免與高等數(shù)學(xué)和普通物理相關(guān)內(nèi)容簡單重復(fù)的特點(diǎn),內(nèi)容更加精練。全書內(nèi)容分為三篇15章。第一篇靜力學(xué),包括靜力學(xué)基礎(chǔ)、力系的簡化、物體的受力分析、力系的平衡、摩擦等5章;第二篇運(yùn)動(dòng)學(xué),包括運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)、點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)、剛體的平面運(yùn)動(dòng)等3章;第三篇?jiǎng)恿W(xué),包括動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理、動(dòng)靜法、質(zhì)點(diǎn)的相對運(yùn)動(dòng)、虛位移原理、拉格朗日方程等7章。
《理論力學(xué)(第3版)》可作為高等學(xué)校理工科各專業(yè)理論力學(xué)課程的教材。
《理論力學(xué)(第3版)》的第1版和第2版作為中國人民解放軍總參謀部軍訓(xùn)部組編的軍隊(duì)高等院校推薦教材,分別于1996年6月和2001年5月由陜西科學(xué)技術(shù)出版社出版。根據(jù)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)分指導(dǎo)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),我們對《理論力學(xué)(第3版)》的第2版進(jìn)行了修訂,現(xiàn)作為第3版出版。
為了適應(yīng)21世紀(jì)對高等教育的要求,進(jìn)一步提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量,在這次修訂中,我們保留了第1版和第2版理論嚴(yán)謹(jǐn)、結(jié)構(gòu)合理、邏輯明晰、內(nèi)容精練的特點(diǎn),注重理論聯(lián)系實(shí)際,盡量避免與高等教學(xué)和普通物理學(xué)課程中相關(guān)內(nèi)容的簡單重復(fù),刪去了第2版中的第十六章“振動(dòng)理論基礎(chǔ)”和附錄二中的“數(shù)值計(jì)算方法”,對非基本要求部分的內(nèi)容及相應(yīng)的習(xí)題都加了“*”號。
《理論力學(xué)(第3版)》適用于高等工科院校四年制本科的機(jī)械、土木、水利、航空航天、動(dòng)力、車輛、采礦、船舶、港口航道及海岸工程等專業(yè)使用,也可供材料、能源、化工、環(huán)境等專業(yè)選用。
參加本次修訂工作的有:解放軍理工大學(xué)陳平、韋忠瑄、孫鷹、楊緒普,西安電子科技大學(xué)王芳林、朱應(yīng)敏、馬娟,西安工程大學(xué)王玲、賈坤榮,陜西省理工學(xué)院張烈霞、張寶中、王謹(jǐn),西安理工大學(xué)黎明安、馬凱,西安思源學(xué)院岳成章、樊志新、張雪敏、郭虎平,西安工業(yè)大學(xué)史永高、劉百來,空軍工程大學(xué)馮立富、李穎、陳兮。由馮立富、陳平、王芳林、黎明安擔(dān)任主編,岳成章、張烈霞、王玲、史永高擔(dān)任副主編。全書由馮立富統(tǒng)稿并審定。
由于我們的水平和條件所限,書中難免還會(huì)有疏誤和不妥之處,懇請廣大讀者批評指正,以使《理論力學(xué)(第3版)》不斷完善和提高。
馮立富,男,1945年6月生,河南省沁陽市人。中共黨員,空軍工程大學(xué)教授。1969年本科畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)飛機(jī)系。曾被聘為中國力學(xué)學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)委員,陜西省力學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼教育工作委員會(huì)副主任,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)特邀代表。1970年-1979年在空軍航空兵部隊(duì)某部歷任機(jī)械師、干事、科研參謀等職,曾被評為學(xué)雷鋒先進(jìn)個(gè)人,榮立二等功1次,集體三等功2次,獲軍隊(duì)科技成果三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。1979年后開始從事力學(xué)教育工作,共發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇,獲校、院級優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)10余項(xiàng),榮立三等功1次,1990年獲國家教委首屆全國優(yōu)秀電教教材錄像片三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。作為主編或第一主編在高等教育出版社、國防工業(yè)出版社、兵器工業(yè)出版社、陜西科學(xué)技術(shù)出版社、陜西人民教育出版社、西安交通大學(xué)出版社等出版社出版的教材、輔助教材和科普讀物等共26部,主要有:《科氏慣性力》、《理論力學(xué)》、《理論力學(xué)三基練習(xí)》、《工程力學(xué)》、《理論力學(xué)簡明教程》、《理論力學(xué)規(guī)范化練習(xí)》、《工程力學(xué)規(guī)范化練習(xí)》、《材料力學(xué)規(guī)范化練習(xí)》、《工程與生活中的力學(xué)》、《工程力學(xué)要點(diǎn)與解題》和《工程力學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)典型題解》等。2001年被評為空軍首批高層次人才,獲中國人民解放軍院校育才獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。2001年7月被空軍工程大學(xué)聘為力學(xué)類課程校級重點(diǎn)教學(xué)崗位專家,2003年5月又被空軍工程大學(xué)續(xù)聘為力學(xué)類課程校,級重點(diǎn)教學(xué)崗位學(xué)術(shù)帶頭人。
陳平,男,1960年8月生,福建省福州市人。中共黨員,解放軍理工大學(xué)教授。1982年本科畢業(yè)于清華大學(xué)力學(xué)師資班,1985年碩士研究生畢業(yè)于清華大學(xué)工程力學(xué)系。長期從事基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)和科研工作,被聘為江蘇省力學(xué)學(xué)會(huì)理事、教育科普委員會(huì)委員,中,國人民解放軍總參謀部南京創(chuàng)新工作站專家。獲軍隊(duì)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng),獲總參謀部工程兵部、工程兵工程學(xué)院和解放軍理工大學(xué)等的優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)10多項(xiàng)。2002年被中國力學(xué)學(xué)會(huì)評為“全國力學(xué)教學(xué)優(yōu)秀教師”,2003年獲中國人民解放軍院校育才獎(jiǎng)銀獎(jiǎng),2010年享受中國人民解放軍優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才二類崗位津貼。參編教材3部,主編教材1部,主編輔助教材4部,發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇。
王芳林,男,1965年11月生,陜西省岐山縣人,中共黨員,工學(xué)博士,西安電子科技大學(xué)副教授,碩士研究生導(dǎo)師。陜西省力學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員,中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級會(huì)員。主要從事基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)、科研和先進(jìn)制造技術(shù)研究工作。2001年獲西安電子科技大學(xué)中建八一獎(jiǎng)教金三等獎(jiǎng)。參編輔助教材3部,其中《材料力學(xué)輔導(dǎo)》獲西安電子科技大學(xué)優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)。先后參加了國防科技預(yù)研基金項(xiàng)目“加固打印機(jī)的動(dòng)態(tài)特性研究”,總裝備部預(yù)研項(xiàng)目“大型可展開天線技術(shù)”,武器裝備預(yù)研基金項(xiàng)目“大型星載天線的展開可靠性研究”,陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于概率的結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化研究”、“結(jié)構(gòu)模糊動(dòng)力學(xué)分析與基于廣義可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究”,橫向合作項(xiàng)目“星載天線展開機(jī)構(gòu)可靠性的研究”和“ZD-12相控陣天線的剛強(qiáng)度分析”,863計(jì)劃項(xiàng)目“大型星載可展開天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)多狀態(tài)全過程的可靠性綜合分析研究”,中央高校基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“大型自適應(yīng)薄膜反射面型面主動(dòng)控制”等項(xiàng)目的研究工作。共發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇,其中被SCI檢索1篇,EI檢索6篇,ISTP檢索1篇。
黎明安,男,1954年1月生,陜西省勉縣人,中共黨員,西安理工大學(xué)副教授,碩士研究生導(dǎo)師。1978年畢業(yè)于北京大學(xué)固體力學(xué)專業(yè),1994年西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生畢業(yè)。共發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇。參編教材2部,主編有《工程力學(xué)學(xué)習(xí)測試系統(tǒng)》(CD-ROM光盤)、《基于專家?guī)椭碌墓こ塘W(xué)學(xué)習(xí)測試系統(tǒng)》(CD-ROM光盤)。
緒論
第一篇靜力學(xué)
引言
第1章靜力學(xué)基礎(chǔ)
1.1靜力學(xué)公理
1.2力矩
1.3力偶理論
思考題
習(xí)題
第2章力系的簡化
2.1力的平移定理
2.2力系向一點(diǎn)的簡化
2.3平行力系中心和重心
思考題
習(xí)題
第3章物體的受力分析
3.1約束和約束力
3.2物體的受力分析和受力圖
思考題
習(xí)題
第4章力系的平衡
4.1空間力系的平衡方程
4.2平面力系的平衡方程
4.3物系平衡問題
4.4桁架
思考題
習(xí)題
第5章摩擦
5.1滑動(dòng)摩擦
5.2滾動(dòng)摩阻
思考題
習(xí)題
第二篇運(yùn)動(dòng)學(xué)
引言
第6章運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)
6.1點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)
6.2剛體的基本運(yùn)動(dòng)
思考題
習(xí)題
第7章點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)
7.1點(diǎn)的絕對運(yùn)動(dòng)、相對運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)
7.2速度合成定理
7.3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)
8.1剛體平面運(yùn)動(dòng)的簡化和分解
8.2平面圖形上各點(diǎn)的速度分析
8.3平面圖形上各點(diǎn)的加速度分析
思考題
習(xí)題
第三篇?jiǎng)恿W(xué)
引言
第9章動(dòng)量定理
9.1動(dòng)量定理
9.2質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理
*9.3變質(zhì)量質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程
思考題
習(xí)題
第10章動(dòng)量矩定理
10.1動(dòng)量矩定理
10.2剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程
10.3剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程
10.4陀螺儀近似理論
思考題
習(xí)題
第11章動(dòng)能定理
11.1力的功
11.2動(dòng)能定理
11.3機(jī)械能守恒定律
11.4動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合應(yīng)用
思考題
習(xí)題
第12章動(dòng)靜法
12.1慣性力的概念
12.2動(dòng)靜法
*12.3定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的軸承動(dòng)約束力
思考題
習(xí)題
第13章質(zhì)點(diǎn)的相對運(yùn)動(dòng)
13.1質(zhì)點(diǎn)相對運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)基本方程
13.2地球自轉(zhuǎn)對質(zhì)點(diǎn)相對運(yùn)動(dòng)的影響
思考題
習(xí)題
第14章虛位移原理
14.1虛位移原理
14.2廣義坐標(biāo)形式的虛位移原理·廣義力
思考題
習(xí)題
第15章拉格朗日方程
15.1動(dòng)力學(xué)普遍方程
15.2拉格朗日方程
15.3拉格朗日方程的第一積分
思考題
習(xí)題
附錄一漢英名詞對照
附錄二習(xí)題答案
主編簡介
在空間可以任意運(yùn)動(dòng)的物體,如航行中的飛機(jī)、人造衛(wèi)星等,稱為自由體。工程實(shí)際中大多數(shù)物體的運(yùn)動(dòng)都受到一定的限制,而使某些方向的運(yùn)動(dòng)不能發(fā)生,這樣的物體稱為非自由體,如在鋼軌上行駛的火車、安裝在軸承上的電機(jī)轉(zhuǎn)子等。
所謂約束是指加于物體上的運(yùn)動(dòng)限制條件。通常這些限制條件總是由非自由體周圍的其它物體構(gòu)成的。因此,也常把對物體的運(yùn)動(dòng)起限制作用的周圍物體稱為約束。如前面提到的鋼軌對于火車是約束,軸承對于轉(zhuǎn)子也是約束。
物體受到約束時(shí),物體與約束之間必相互作用著力。約束對非自由體的作用力稱為約束力。顯然,約束力的作用位置在約束與非自由體的接觸處,約束力的方向總與約束所能阻礙的運(yùn)動(dòng)方向相反。但其大小不能預(yù)先獨(dú)立確定,它與約束的性質(zhì)、非自由體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和作用于其上的其它力有關(guān),須由力學(xué)規(guī)律求出。理論力學(xué)中,把除約束力以外的力,如重力、電磁力、機(jī)車牽引力等,統(tǒng)稱為主動(dòng)力。主動(dòng)力通常可以預(yù)先獨(dú)立測定,是已知的,約束力是由主動(dòng)力引起的,是被動(dòng)力,通常是未知的。但是,未知、被動(dòng)和已知、主動(dòng)并不是約束力和主動(dòng)力的本質(zhì)區(qū)別。約束力是指限制物體位移和速度的力。有些力雖然是被動(dòng)的、未知的,如流體阻力、動(dòng)滑動(dòng)摩擦力、彈性力等,但它們不限制物體的位移和速度,所以不是約束力,而是主動(dòng)力。
無論在靜力學(xué)還是在動(dòng)力學(xué)中,對物體進(jìn)行受力分析的一個(gè)重要內(nèi)容就是正確地表示出約束力的作用線的方位和指向,它們都與約束的性質(zhì)有關(guān)。下面介紹幾種常見的約束類型,分析每一類約束的特點(diǎn),并確定其約束力。