全书除绪论外共3篇14章。第1篇静力学:包括静力学公理与物体的受力分析、平面汇交力系与平面力偶系、平面任意力系、空间力系、静力学专题等5章。第2篇运动学:包括点的运动学、刚体的基本运动、点的合成运动、刚体的平面运动等4章。第3篇动力学:包括质点动力学基本方程、动量定理、动量矩定理、动能定理、动力学专题等5章。
理论力学是现代工程技术的基础,是高等理工科院校中普遍开设的一门重要的技术基础课,并在许多工程技术领域中有着广泛的应用,是很多后续相关专业课程的基础。编者在广泛研读国内外同类教材的基础上,结合自身多年的教学经验和体会编写了本书。
本书是按照教育部制定的理论力学课程教学基本要求编写而成的。为了更好地适应高等教育的普及化、高校的扩招和生源质量的变化,以及新一轮培养计划中该门课程学时数的减少,本书在精选优化教学内容的同时,紧紧围绕培养学生的力学基本素养,培养学生的自学能力和分析问题、解决问题的能力来组织教材结构,同时精选和优化教学内容。在文字叙述方面,力求概念明确,条理清楚,简明扼要,精选例题和习题。
本书具有下面几个具体特点:
(1)调整结构体系,教材模块化:根据学时减少实际,为了突出基本理论,将平面简单桁架的内力计算、考虑摩擦时物体的平衡问题和平行力系中心与物体重心三部分内容从传统教材的体系中抽离出来构成单独一章——静力学专题。将达朗伯原理、虚位移原理和拉格朗日方程三部分内容从传统教材的体系中抽离出来构成单独一章——动力学专题。这两章专题内容可以根据专业需要和学时数的多少来选学,或者指导学生自学。
(2)内容精简,语言简练:本书的使用对象基本为教学-研究型大学和教学型大学的学生,注重基本概念的阐述和分析过程的简单清晰,而不追求冗长的理论推导和烦琐的数学运算。力求语言通俗易懂、思路明确、条理清楚,便于自学。在具体叙述中,采用由浅入深、由简单到复杂、由特殊到一般循序渐进的次序,便于学生理解和掌握。
(3)开章有提要,章末有小结:每章开始都有本章提要,便于学生对本章有一个初步的大概了解,明确本章主要内容和要求。为方便学生自学、归纳、总结和复习,每章后均设有本章小结,列出本章的主要知识点、本章分析思路和相关结论以及有关解题规律和技巧。每章的习题答案附在书后,便于查阅对照。
(4)增加讨论和思考内容:在理论叙述和例题分析中,在容易混淆和容易出错的地方,增加相关的讨论内容,或者留给学生思考的内容。
(5)增加例题数量和难度:针对理论力学听课易懂题难做、考试挂科一大片的实际状况,适当增加例题数量和具有一定难度的例题,部分例题做到一题多解,开阔学生思路,培养分析能力。
(6)例题叙述步骤化:针对学生文字表达能力欠佳、解题过程叙述不清的现状,例题解题过程的文字叙述标明第一、第二、第三等步骤顺序,强化训练;使学生在解题过程中做到思路明确,条理清楚。
前言理论力学本书由李军强教授任主编,负责全书的结构设计、组织编写和最后统稿。参加具体编写工作的有李军强(绪论、第4章、第8章、第9章、第11章、第13章)、陈满国(第1章、第2章、第3章)、张瑞萍(第5章、第7章)、马建青(第6章、第10章、第12章)、张光伟(第14章)。
本书承蒙陕西科技大学张功学教授审核,为本书的编写提出了许多宝贵建议,在此深表感谢。
本书的出版得到了机械工业出版社的大力支持与帮助,在编写过程中借鉴、引用了许多已出版的同类教材中的资料、图标、例题和习题,汲取了许多宝贵经验。谨此一并表示衷心的感谢。
本书编写人员长期担任理论力学的教学工作,书中融合了多年的教学经验与体会。但由于水平有限,书中难免存在不妥之处,恳请广大读者批评指正。
编者
前言
绪论1
0.1理论力学的研究对象与任务1
0.2理论力学的研究内容2
0.3理论力学的学习目的2
0.4理论力学的学习方法3
第1篇静力学
第1章静力学公理与物体受力分析7
1.1力的概念与静力学公理7
1.2约束与约束力10
1.3物体受力分析与受力图14
本章小结18
习题19
第2章平面汇交力系与平面力偶系21
2.1平面汇交力系合成与平衡的几何法21
2.2平面汇交力系合成与平衡的解析法24
2.3平面力系中力对点的矩28
2.4平面力偶理论31
本章小结35
习题36
第3章平面任意力系40
3.1力的平移定理40
3.2平面任意力系的简化41
3.3平面任意力系的平衡46
3.4物体系统的平衡·静定与超静定问题51
本章小结57
习题59
第4章空间力系64
4.1空间汇交力系64
4.2力对点的矩与力对轴的矩67
4.3空间力偶系70
4.4空间任意力系的简化73
4.5空间任意力系的平衡76
本章小结81
习题83
第5章静力学专题87
5.1平面简单桁架内力计算87
5.2考虑摩擦时物体的平衡问题91
5.3平行力系中心与物体重心103
本章小结111
习题112
第2篇运动学
第6章点的运动学119
6.1以固定点为基准的描述方法——直角坐标法119
6.2以点的轨迹曲线为基准的描述方法——自然坐标法123
本章小结130
习题131
第7章刚体基本运动134
7.1刚体平行移动134
7.2刚体定轴转动135
本章小结142
习题143
第8章点的合成运动146
8.1基本概念146
8.2点的速度合成149
8.3点的加速度合成153
本章小结160
习题161
第9章刚体平面运动167
9.1刚体平面运动概述167
9.2平面图形上点的速度分析——基点法与投影法171
9.3平面图形上点的速度分析——瞬时速度中心法175
9.4平面图形上点的加速度分析179
9.5刚体绕平行轴转动的合成183
本章小结186
习题186
第3篇动力学
第10章质点动力学基本方程194
10.1动力学基本概念194
10.2动力学基本定律194
10.3质点运动微分方程196
10.4质点动力学两类基本问题197
本章小结202
习题202
第11章动量定理205
11.1动量与冲量205
11.2动量定理208
11.3质心运动定理212
本章小结218
习题219
第12章动量矩定理222
12.1转动惯量222
12.2动量矩227
12.3动量矩定理230
12.4相对质心的动量矩定理233
12.5刚体平面运动微分方程234
本章小结238
习题239
第13章动能定理245
13.1力的功246
13.2动能251
13.3动能定理253
13.4势能·机械能守恒定律257
13.5动力学普遍定理综合应用262
本章小结265
习题266
第14章动力学专题272
14.1达朗伯原理272
14.2虚位移原理281
14.3拉格朗日方程289
本章小结297
习题298
部分习题参考答案302
参考文献313