理论力学_PDF下载[43MB-百度云]苏振超

节选

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绪论
0.1理论力学的内容
理论力学是以牛顿运动定律为基础演化、发展而成的力学知识体系，故常称为牛顿力学或经典力学，研究质点、质点系或物体在力的作用下作机械运动的基本规律。
机械运动是物体在空间的位置随时间的变化，是所有运动形式中*简单的一种。例如建筑物的振动、机器的运转、大气和河水的流动、车辆的行驶、人造卫星和宇宙飞船的运行等，都是机械运动。所谓力，是指质点、质点系或物体之间的相互机械作用，这种作用使质点、质点系或物体的运动状态发生改变。理论力学研究力与机械运动改变之间的一般规律。平衡（例如物体相对于地球处于静止、匀速直线运动的状态）作为机械运动的一种特殊情况，也是理论力学的研究内容之一。但必须指出，在宇宙中没有绝对的平衡，一切平衡都是相对的和暂时的。
理论力学研究的内容是远小于光速的宏观物体的机械运动，以牛顿基本定律为基础，属于经典力学的范畴。由于质点和质点系是力学研究的*基本的物质模型，因此，从知识体系上讲，理论力学中的力学定律、定理和基本方程适用于其他所有力学分支，是整个力学的重要基础。学习理论力学是学习和研究力学的起点。用经典力学来解决相关问题，不仅方便，而且能够保证足够的精确性，所以经典力学仍有很大的实用意义，并且随着新问题的不断出现还在不断地发展着。
理论力学也是工科大学生的一门重要技术基础课。它为学习一系列后续力学和专业课程，如材料力学、机械原理、机械设计、流体力学、弹塑性力学和振动力学等提供基础，这些课程中的理论推导和计算，都需要经常用到本课程的基本原理和方法。同时，理论力学知识也是许多新兴学科的研究基础。现代科学技术的发展，使理论力学的研究内容渗透到其他科学领域，形成了一些新兴学科，例如，多体动力学、运动生物力学、纳米力学、爆炸力学、电磁流体力学等。总之，为了探索新的科学领域，必须打下坚实的理论力学基础。
本书内容包括静力学、运动学、动力学、专题共4篇。
0.2理论力学的研究方法
1. 工程实际问题的简化在工程实际问题中，所考察的物体复杂多样，即使是同一类型的问题，其受力状况也不尽相同。为便于研究，需将工程实际问题进行简化，以得到合理的力学模型，再在此基础上做进一步的计算和分析。将一个实际问题抽象为合理的力学模型并不容易，需要在实践中锻炼并不断提高这方面的能力。一般来说，工程实际问题可从三方面加以简化：物体的几何尺寸、受到的约束和承受的荷载（力）。在简化过程中，因为要略去一些次要因素，必然包含着某种近似性。例如，当某些尺寸远小于其他有关尺寸时可忽略不计，在微小面积上的力可看作集中力，接触面很光滑或经过充分润滑时可不计摩擦等。究竟哪些因素可以看作次要因素而略去，与问题的性质及其精确度有关。例如，在研究一般抛射运动时，将抛射体作为质点看待，且只计重力而不计空气阻力，得到的结果是可用的；但在研究远射程炮弹的运动时，如果作同样的假设，则炮弹可能偏离射击目标。另一方面，如果对实际存在的一些因素，不分主次，全部计入，看起来似乎是符合实际，但结果可能使问题无法求解，或者虽能求解，但困难极大，费时费力，而实际工作中并不需要这样高的精确度。所以，对一个具体问题，在抽象成为力学模型时，可作哪些近似假设，可忽略哪些因素，必须深入分析，力求合理，既要满足实际要求，又必须在数学计算上方便可行。
有关工程实际问题的简化方法将在本书有关章节中进一步叙述，下面介绍由实际问题抽象而得到的质点、刚体和质点系三种力学模型。
（1）质点如果一个物体的大小和形状对所讨论的问题无关紧要，可以忽略不计，而只需考虑其质量，即可将该物体视为只有质量而没有大小的点，称为质点。
（2）刚体刚体是指物体的大小和形状对所讨论的问题来说，不能忽略；但受到力的作用时，大小和形状都保持不变，不发生变形。刚体在实际工程中是不存在的，因为任何物体受力后都将或多或少地发生变形。但在许多情况下，在研究物体的平衡或运动时，变形只是次要因素，可以忽略不计，因此可将物体视为刚体。
（3）质点系质点系是相互间有一定联系的有限或无限多质点的总称。刚体可以认为是不变形的质点系。由若干个刚体组成的系统称为刚体系统，有时也称为物体系统。
上述几种理想的力学模型，都是客观存在的实际物体的科学抽象，它们并不特指某些具体物体，而是概括了各种物体。不论物体是金属、木质、混凝土或其他材料，也不论是土建、水利工程中的建筑物构件或机械零部件，在研究它们的平衡或运动时，都可将其看作上述几种模型之一来加以考察（需要考虑变形者除外），原则上并无差别。这是人们认识深化的结果，也表明了理论的普遍意义。
2. 理论力学的研究方法
科学研究的过程，就是认识客观世界的过程，任何正确的科学研究方法，一定要符合辩证唯物主义的认识论。理论力学的研究和发展也必须遵循这个正确的认识规律。
（1）通过观察生活和生产实践中的各种现象，进行无数次的科学实验，经过分析、综合和归纳，总结出力学*基本的概念和规律，如力和力矩的概念，加速度的概念等。
（2）在对事物进行观察和实验的基础上，通过抽象建立力学模型。客观事物总是复杂多样的，当得到大量来自实践的资料之后，必须根据所研究的问题的性质，抓住主要的、起决定作用的因素，撇开次要的、偶然的因素，深入事物的本质，了解其内部联系，这就是力学中普遍采用的抽象化方法。例如，在某些问题中忽略实际物体受力后的变形，得到刚体的模型；在另一些问题中则忽略物体的大小和形状，得到质点的模型等。一个物体究竟应当作为质点还是作为刚体看待，主要取决于所讨论问题的性质，而不取决于物体本身的大小和形状。即使同一个物体，在不同的问题里，随着问题性质的不同，有时应作为质点，有时则应作为刚体。例如，地球半径为6370km，当研究其在绕太阳公转的轨道上的运行规律时，可以将其看作质点；当考察其自转时，就必须将其看作刚体。而研究地震波的传播时，就必须将其视为变形体。
（3）在建立力学模型的基础上，从基本定律出发，用数学演绎和逻辑推理的方法，得出正确的具有物理意义和实用价值的定理和结论，并应用它们指导实践，推动生产力的发展。
从实践到理论，再由理论回到实践，通过实践进一步补充和发展理论，然后再回到实践，如此循环往复，每一个循环都在原来的基础上提高一步。和所有的科学一样，理论力学也是沿着这条道路不断向前发展的。
0.3理论力学的学习方法
在工科院校的许多专业中，理论力学是一门理论性较强的技术基础课，与工程技术的联系比较密切。但理论力学的学习有它自身的一些特点，特别是其逻辑严密，知识点多，题目变化多样，一题多解等，是构成不少同学学习理论力学的障碍。所以为了更好地学习理论力学，需掌握一定的学习方法。
**，要不断培养学习兴趣。理论力学中的很多问题都来自实践，要努力看透问题的物理实质，并将实际的问题翻译成力学问题，不断增加学习力学课程的源动力。
第二，应注意理论力学的研究方法。即对每一章讨论的问题，应搞清楚问题的含义、解决问题的思路及关键环节，将章与章之间、节与节之间的知识点系统化。
第三，对于具体的学习内容，应理解概念，记住结论，掌握方法，灵活解题。理论力学中的多数习题中，应做到举一反三，触类旁通，灵活解题，以*少的计算过程获得正确的解答，同时注意一题多解，在解题过程中，体会各个定理之间的联系，不断培养解决问题的能力。
第四，要用系统的观点看待理论力学问题。学习理论力学，要注意系统的方法。例如，力系、物体系统等均为一个系统。一个系统应有这个系统所独有的特征及其范围。例如，一个力系有该力系的不变量；一个物体系统或一个物体的子系统，其内力和外力具有相对性；一些物理量与系统内力的无关性等。需要在学习过程中仔细揣摩。
总之，只要学习目的明确，学习方法正确，上课认真听讲，课下及时复习，独立完成作业，坚持不懈，自强不息，就一定能学好理论力学。第1篇静力学第1篇静力学静力学的任务是研究力系的简化与平衡规律。
力系指作用在物体上的一组力，所谓简化是指用一组*简单的力系代替给定的力系，同时保持对物体的作用效果不变。或者说：用*简单的等效力系代替给定力系。
平衡规律这里指平衡条件，即物体平衡时作用于物体上的力系所应满足的条件。显然，力系简化是寻找力系平衡条件的简捷途径，但力系简化的应用不仅限于静力学，在动力学中，研究在给定力系作用下物体如何运动时，力系简化同样重要。力系平衡条件可用于计算结构物在荷载作用下的内力或所受的支承力，以便为结构的设计提供依据，因而在工程上应用得十分广泛。
物体静止或作匀速直线运动时称物体处于平衡状态。静止、运动都是相对某一参考坐标系而言的。在静力学中，通常将与地球相固结的坐标系取作参考坐标系。因为对一般工程而言，地球坐标系已是一个相当精确的惯性坐标系。物体平衡时，其上作用的力系应满足平衡条件，但反之却不一定。静力学主要研究作用在刚体上的力系简化与平衡问题，但并不是说对其他力学模型不适用。在考虑到其他模型的物理特性条件下，静力学中由刚体得出的结论也可以推广，因此静力学的适用范围十分广泛，并成为许多后续课程的基础。
静力学篇是演绎性很强的篇章，即从几条公理出发，可以推导出全部静力学理论。明确这一点是有益的，因为静力学处理的一些问题与日常生活比较接近，初学者往往容易凭借片面的感性知识处理问题；而静力学的演绎性强调理论证明，因而有助于初学者增强应用正确理论的意识。
本篇包括第1~4章，主要基于力、力对点的矩矢、力偶矩矢等这些矢量的讨论，分析物体及物体系统在已知力作用下的平衡问题，故称矢量静力学或几何静力学。第8章的分析静力学一章也是讨论的静力学问题，但使用的是数学分析方法，基于动力学中功的概念对系统的静力平衡及平衡位置的稳定性进行讨论，故将其归入动力学篇。

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本书特色

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本书共4篇，即静力学篇、运动学篇、动力学篇和专题篇。静力学篇包括静力学基础及物体的受力分析、力系的简化、平衡方程及其应用、静力学应用专题（含桁架、悬索和摩擦问题）4章；运动学篇包括运动学基础、点的合成运动、刚体的平面运动3章；动力学篇包括质点动力学、动量定理、动量矩定理、动能定理、达朗贝尔原理、虚位移原理6章；专题篇包括分析动力学基础、碰撞和振动基础3章。本书精选了较多的典型例题和客观型思考题和习题，为控制篇幅部分例题和正文采用二维码形式给出，一些习题也用二维码的形式给出了解答过程，以方便读者核对。书后附有关于基础知识及简单均质几何体的重心和转动惯量的两个附录、部分思考题和习题答案。
本书可用作高等学校土木水利类、机械类、电力类、地质矿产类等专业的理论力学课程教材或考研复习用书，也可供高职高专相关专业的师生及工程技术人员学习参考。

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内容简介

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作者简介

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苏振超，男，副教授，厦门大学硕士生导师。曾分别研读应用数学专业本科和工程力学专业的研究生学位。公开发表20多篇教学和科研论文，其中含8篇中文核心期刊论文、多篇国外EI期刊论文和多篇国际会议论文。有近30年大学力学相关课程的教学经验，教学质量优秀，并获得学生的好评。曾在清华大学出版社、高等教育出版社、大连理工大学出版社、西安交通大学出版社等出版力学类教材。作为d一主编，曾编写的教材有：《理论力学》、《材料力学》、《建筑力学》、《结构力学》等。编写的教材得到学生的好评。

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封面

理论力学

书名:理论力学

作者:苏振超

页数:444

定价:¥69.0

出版社:清华大学出版社

出版日期:2019-09-16

ISBN:9787302530350

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