本書包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分分共十六章內(nèi)容，涵蓋了一般工科專業(yè)學(xué)生發(fā)展所需的理論力學(xué)的大部分內(nèi)容，深入淺出，通俗易懂。在介紹理論力學(xué)基本理論的同時(shí)，還附加一章案例解析，使讀者能夠?qū)W以致用，理論聯(lián)系實(shí)際，啟發(fā)工程思維和問題意識(shí)。
本書在編寫過程中，為了滿足不同文化基礎(chǔ)的讀者對(duì)知識(shí)掌握的需要，力爭做到例題精煉，解題步驟規(guī)范，語言通俗易懂，視頻動(dòng)畫形象直觀，可讀性很強(qiáng)。本書可供工科專業(yè)本科生和相關(guān)專業(yè)教研人員學(xué)習(xí)參考。
前言
理論力學(xué)是高等學(xué)校工科專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，目前國內(nèi)的相關(guān)教材比較多，其中不乏可供不同專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)參考的優(yōu)秀經(jīng)典教材。由于部分工科專業(yè)對(duì)理論力學(xué)等基礎(chǔ)力學(xué)要求不是很高，力學(xué)課計(jì)劃學(xué)時(shí)較少，目前適合這類專業(yè)學(xué)生使用的力學(xué)教材并不多。在課堂革命浪潮的推動(dòng)下，教材的編寫容易陷入高大上的誤區(qū)，容易模糊特色專業(yè)與一般工科專業(yè)的界限，混淆應(yīng)用型人才培養(yǎng)與研究型人才培養(yǎng)的區(qū)別。本書是作者在總結(jié)多年力學(xué)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上編寫的，突出少而精的編寫理念，主要供高等學(xué)校工科非力學(xué)專業(yè)，且理論力學(xué)計(jì)劃學(xué)時(shí)少于60學(xué)時(shí)的學(xué)生使用。
本書包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)三部分共十六章內(nèi)容，涵蓋了一般工科專業(yè)學(xué)生發(fā)展所需的理論力學(xué)的大部分內(nèi)容，深入淺出，通俗易懂。為貼近工程實(shí)際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主研究能力，拓展學(xué)生的知識(shí)面，本書編寫了第十六章案例解析，三個(gè)案例既分別對(duì)應(yīng)于靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論，又是對(duì)常規(guī)分析思路的拓展，可以強(qiáng)化學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工程思維，啟發(fā)學(xué)生探索解決問題的新方法、新思路。每章開頭的學(xué)習(xí)指南分別給出了本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，幫助學(xué)生理清知識(shí)脈絡(luò)，把握學(xué)習(xí)重難點(diǎn)。其中，學(xué)習(xí)目標(biāo)涵蓋了知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)維度，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)架構(gòu)，指明學(xué)習(xí)方向。每章內(nèi)容穿插的視頻動(dòng)畫與例題或案例相對(duì)應(yīng)，形象直觀，有助于讀者理解書中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。
本書由郭文晶編著，沈英、周顯波任副主編。緒論和第一、二、三章由郭文晶編寫；第四章由黃鳳曉編寫；第五章由張忠君、劉鐵軍共同編寫；第六章由姜東梅編寫；第七章由王巖、潘春祥共同編寫；第八、九、十章由沈英、戚曉艷、陳淑清共同編寫；第十一、十二、十三章由周顯波、袁長清、趙光共同編寫；第十四章由劉金剛、趙曉東共同編寫；第十五章由張維君、金大瑋共同編寫；第十六章由郭文晶、李學(xué)謙、王曉利、王露共同編寫。本書配套的視頻動(dòng)畫由沈英、王永垣、郭文晶制作完成。李偉、楊秀麗繪制了書中的插圖。李香、范曉光編寫了每章的學(xué)習(xí)指南。平?jīng)_、萬眾參與了文字校對(duì)工作。在本書撰寫過程中，參考了國內(nèi)的有關(guān)教材與文獻(xiàn)，引用了其中的一些內(nèi)容和實(shí)例，在此向所有原作者和同仁表示感謝！本書由郭文晶主持的一項(xiàng)科研重點(diǎn)項(xiàng)目資助出版，在此，編者向關(guān)心與支持本書出版的有關(guān)部門、專家和同事，表示衷心感謝！
限于編者水平，書中難免有不妥之處，敬請讀者批評(píng)指正！
郭文晶
2022年9月
郭文晶，空軍航空大學(xué)航空基礎(chǔ)學(xué)院基礎(chǔ)部力學(xué)教研室副教授，固體力學(xué)博士后。從事力學(xué)領(lǐng)域教學(xué)及科研工作十余年，主持完成空軍級(jí)課題3項(xiàng)，參與完成國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，國家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表論文十余篇，公開出版專著1部，獲批實(shí)用新型專利3項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)。獲得空軍裝備理論優(yōu)秀成果三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，吉林省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。2013 年榮獲第二批吉林省高校科研春苗人才稱號(hào)。
目錄
緒論 ................ 001
第一篇 靜力學(xué)
第一章 靜力學(xué)的基本概念與公理 ................ 004
學(xué)習(xí)指南 .........................004
第一節(jié) 靜力學(xué)的基本概念 .................005
第二節(jié) 靜力學(xué)公理 .................... 007
第三節(jié) 約束和約束反力 .................. 011
第四節(jié) 受力分析和受力圖 .................015
本章小結(jié) .........................019
第二章 平面匯交力系 ................ 020
學(xué)習(xí)指南 .........................020
第一節(jié) 平面匯交力系的合成與平衡幾何法 ............... 021
第二節(jié) 力在坐標(biāo)軸上的投影·合力投影定理 ...............024
第三節(jié) 平面匯交力系的合成與平衡 ....................027
本章小結(jié) .........................033
第三章 力矩和平面力偶理論 ................ 034
學(xué)習(xí)指南 .........................034
第一節(jié) 力對(duì)點(diǎn)之矩的概念與計(jì)算 .............. 035
第二節(jié) 力偶及其性質(zhì) ...................039
第三節(jié) 平面力偶系的合成與平衡 .............. 042
本章小結(jié) .........................046
第四章 平面任意力系 .. 047
學(xué)習(xí)指南 .........................047
第一節(jié) 力線平移定理 ...................048
第二節(jié) 平面任意力系向已知點(diǎn)的簡化·主矢與主矩 ............. 050
第三節(jié) 簡化結(jié)果的分析·合力矩定理 ............ 052
第四節(jié) 平面任意力系的平衡條件與平衡方程 .........054
第五節(jié) 平面平行力系的平衡方程 .............. 058
第六節(jié) 物體系統(tǒng)的平衡·靜定與靜不定問題的概念 ............. 061
本章小結(jié) .........................065
第五章 摩擦 ................ 067
學(xué)習(xí)指南 .........................067
第一節(jié) 滑動(dòng)摩擦 .....................067
第二節(jié) 摩擦角和自鎖現(xiàn)象 .................071
第三節(jié) 具有滑動(dòng)摩擦的平衡問題 .............. 074
第四節(jié) 滾動(dòng)摩擦 .....................080
本章小結(jié) .........................083
第六章 空間力系 ................ 085
學(xué)習(xí)指南 .........................085
第一節(jié) 空間匯交力系 ...................086
第二節(jié) 空間力偶理論 ...................091
第三節(jié) 力對(duì)點(diǎn)之矩與力對(duì)軸之矩 .............. 093
第四節(jié) 空間任意力系向已知點(diǎn)的簡化·主矢與主矩·空間力系的合力矩定理 .................... 099
第五節(jié) 空間任意力系的平衡條件與平衡方程 .........103
第六節(jié) 重心·平行力系中心 ................ 107
本章小結(jié) .........................110
第二篇 運(yùn)動(dòng)學(xué)
第七章 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) ................ 114
學(xué)習(xí)指南 .........................114
第一節(jié) 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)描述的矢量法 ...............114
第二節(jié) 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)描述的直角坐標(biāo)法 .............116
第三節(jié) 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)描述的自然法 ...............122
本章小結(jié) .........................131
第八章 剛體的基本運(yùn)動(dòng) .. 133
學(xué)習(xí)指南 .........................133
第一節(jié) 剛體的平行移動(dòng) .................. 134
第二節(jié) 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng) .................. 136
第三節(jié) 轉(zhuǎn)動(dòng)剛體內(nèi)各點(diǎn)的速度和加速度 ...........138
第四節(jié) 角速度和角加速度的矢量表示·以矢積表示轉(zhuǎn)動(dòng)剛體內(nèi)點(diǎn)的速度和加速度 .......142
本章小結(jié) .........................145
第九章 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng) .. 147
學(xué)習(xí)指南 .........................147
第一節(jié) 點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)的概念 ................ 148
第二節(jié) 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)的速度與加速度 .... 149
第三節(jié) 點(diǎn)的速度合成定理 .................151
第四節(jié) 牽連運(yùn)動(dòng)為平動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理 ............... 157
第五節(jié) 牽連運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理 ........ 163
本章小結(jié) .........................176
第十章 剛體的平面運(yùn)動(dòng) .. 178
學(xué)習(xí)指南 .........................178
第一節(jié) 剛體平面運(yùn)動(dòng)的概述 ................ 179
第二節(jié) 平面運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng) .............180
第三節(jié) 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度基點(diǎn)法 ...........183
第四節(jié) 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度速度瞬心法 ........ 188
第五節(jié) 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的加速度 .............. 195
本章小結(jié) .........................199
第三篇 動(dòng)力學(xué)
第十一章 動(dòng)量定理 ................ 202
學(xué)習(xí)指南 .........................202
第一節(jié) 動(dòng)力學(xué)普遍定理概述 ................ 202
第二節(jié) 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理 .................. 203
第三節(jié) 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理 .................206
第四節(jié) 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理 ...................211
本章小結(jié) .........................217
第十二章 動(dòng)量矩定理 .. 218
學(xué)習(xí)指南 .........................218
第一節(jié) 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量矩定理 .................219
第二節(jié) 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量矩定理 ................ 222
第三節(jié) 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程 .............. 226
第四節(jié) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 .....................230
第五節(jié) 質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理 ............ 234
第六節(jié) 剛體的平面運(yùn)動(dòng)微分方程 .............. 236
本章小結(jié) .........................240
第十三章 動(dòng)能定理 ................ 242
學(xué)習(xí)指南 .........................242
第一節(jié) 力的功 ...................... 242
第二節(jié) 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理 .................. 247
第三節(jié) 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理 .................251
本章小結(jié) .........................262
第十四章 達(dá)朗伯原理 ................ 264
學(xué)習(xí)指南 .........................264
第一節(jié) 質(zhì)點(diǎn)的慣性力 ...................265
第二節(jié) 達(dá)朗伯原理 .................... 265
第三節(jié) 剛體慣性力系的簡化 ................ 271
本章小結(jié) .........................279
第十五章 剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與陀螺近似理論 ................ 280
學(xué)習(xí)指南 .........................280
第一節(jié) 剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的概念·歐拉角 ................... 281
第二節(jié) 歐拉運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 .................. 283
第三節(jié) 歐拉動(dòng)力學(xué)方程 .................. 287
第四節(jié) 賴柴定理·進(jìn)動(dòng)規(guī)律 ....................... 293
第五節(jié) 陀螺力矩與陀螺效應(yīng) ................ 297
本章小結(jié) .........................300
第十六章 案例解析 ......... 302
第一節(jié) 某型飛機(jī)座艙三維激光掃描與逆向建模 ............... 302
第二節(jié) 跳傘著陸動(dòng)作可視化實(shí)施診斷與考核系統(tǒng) ..............312
第三節(jié) 固定滾輪訓(xùn)練人體關(guān)節(jié)力矩計(jì)算逆動(dòng)力學(xué) ..............318
本章小結(jié) .........................322
參考文獻(xiàn)......... 323
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