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师俊平 著

图书标签:

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• 大学物理
• 力学
• 牛顿力学
• 拉格朗日力学
• 哈密顿力学

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111545057

版次：1

商品编码：11993413

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十三五”规划教材

开本：16开

出版时间：2016-10-01

用纸：胶版纸

页数：339

内容简介

　　本书根据教育部新制定的《理论力学教学基本要求（A类）》，讲述了静力学、运动学和动力学的相关知识。全书共分十七章，包含了工科各专业所需的必要的力学知识和基本内容，还有部分选修的内容，适应面广，深度适宜，可适用于各工科专业理论力学课程60～90学时的教学内容。

目录

序
前言
绪论1
第1篇静力学
第1章静力学基础5
1. 1力的概念静力学公理5
1. 2约束约束力8
1. 3受力分析受力图12
思考题16
习题17
第2章汇交力系20
2. 1汇交力系的简化及平衡20
2. 2汇交力系合成与平衡的几何法21
2. 3汇交力系合成与平衡的解析法23
思考题28
习题29
第3章力偶理论33
3. 1力对点之矩33
3. 2力偶及力偶的性质36
3. 3力偶系的合成与平衡39
思考题43
习题44
第4章平面任意力系47
4. 1平面任意力系向平面内一点的简化47
4. 2平面任意力系的简化结果分析50
4. 3平面任意力系的平衡53
4. 4静定与超静定问题的基本概念57
4. 5物体系统的平衡58
4. 6平面简单桁架的内力计算62
思考题65
习题66
第5章 空间任意力系72
5. 1力对轴之矩72
5. 2力对点之矩与力对轴之矩的关系73
5. 3空间任意力系向一点的简化74
5. 4空间任意力系的简化结果分析76
5. 5空间任意力系的平衡77
5. 6物体的重心80
思考题85
习题85
第6章摩擦90
6. 1滑动摩擦90
6. 2考虑滑动摩擦的平衡问题94
*6. 3滚动摩阻的概念99
思考题102
习题102
第2篇运动学
第7章点的运动学109
7. 1点的运动矢量表示法109
7. 2点的运动直角坐标表示法110
7. 3点的运动自然坐标表示法113
*7. 4点的运动极坐标表示法118
思考题121
习题121
第8章刚体的基本运动124
8. 1刚体的平行移动124
8. 2刚体的定轴转动125
8. 3定轴轮系传动比128
*8. 4用矢量表示角速度和角加速度用矢量积表示点的速度和加速度131
思考题133
习题133
第9章点的合成运动136
9. 1点的合成运动的基本概念136
9. 2点的速度合成定理139
9. 3牵连运动为平动时点的加速度合成定理141
9. 4牵连运动为转动时点的加速度合成定理143
思考题146
习题148
第10章刚体的平面运动153
10. 1刚体平面运动的基本概念153
10. 2平面图形上各点的速度分析155
10. 3平面图形上各点的加速度分析162
10. 4运动学综合应用举例164
*10. 5平面图形上的加速度瞬心169
思考题172
习题172
第3篇动力学
第11章质点运动微分方程181
11. 1动力学基本定律181
11. 2质点运动微分方程182
11. 3质点动力学的两类问题183
思考题188
习题189
第12章动量定理192
12. 1动量与冲量192
12. 2质点系动量定理195
12. 3质心运动定理199
思考题204
习题205
第13章动量矩定理209
13. 1动量矩209
13. 2动量矩定理210
13. 3转动惯量216
13. 4刚体定轴转动微分方程221
13. 5相对质心的动量矩定理224
13. 6刚体平面运动微分方程225
思考题228
习题229
第14章动能定理235
14. 1力的功235
14. 2动能238
14. 3动能定理240
14. 4功率功率方程245
14. 5势力场机械能守恒定律247
14. 6动力学普通定理的综合应用252
思考题256
习题257
第15章达朗伯原理264
15. 1质点的达朗伯原理264
15. 2质点系的达朗伯原理264
15. 3刚体惯性力系的简化266
*15. 4非对称转动刚体的轴承动约束力274
思考题278
习题279
第16章虚位移原理动力学普遍方程283
16. 1约束约束方程283
16. 2自由度广义坐标285
16. 3虚位移虚功理想约束286
16. 4虚位移原理288
*16. 5动力学普遍方程294
思考题296
习题297
第17章机械振动基础 301
17. 1概述 301
17. 2单自由度系统的自由振动 302
17. 3固有频率的计算307
17. 4阻尼对自由振动的影响309
17. 5单自由度系统的受迫振动312
*17. 6减振和隔振316
思考题318
习题319
部分习题参考答案324
参考文献340

前言/序言

　　根据教育部制定的《理论力学课程教学基本要求》，编者总结了多年来的理论力学教学实践，针对近年来理论力学教学课时数不断减少的具体情况，编写了本书。
　　在编写本书时，编者注意了避免与物理课程的重复，适当提高了起点。考虑到学生在学习理论力学课程之前已经具备矢量、导数的知识，在本书的理论阐述及定理、公式的推导中都引用了矢量分析的方法；为了便于学生应用理论力学课程的理论解决工程实际问题，在保证阐明基本理论的前提下，本书还对一些基本理论做了进一步深入的拓展，导出了更便于应用的公式，如：速度及加速度投影定理、刚体系统的动量定理、平面运动刚体绕其速度瞬心和加速度瞬心的转动方程、元功及虚功的计算技巧等。此外，针对理论力学“理论易懂、解题困难”的特点，本书增加了较多的具有典型特征的例题，类型全面，有易有难，便于学生学习和掌握。
　　考虑到理论的系统性，本书在静力学中将汇交力系和力偶理论两章采取了将平面和空间融合在一起讲授的方法进行编排，更加节省课时。另外，为了保证理论力学课程体系的完整性，本书包括了达朗伯原理、虚位移原理和机械振动基础等章节，供授课时选用；本书中还有部分标注“*”号的内容，一般都是加深、加宽的内容，可酌情选用。
　　本书适用于普通高等工科院校航空航天、机械工程、交通运输、土木工程、岩土工程、城市地下空间、水利工程、能源动力及材料等专业的理论力学课程教学。对少学时的理论力学教学也可将本书的内容做适当删减选用。同时，本书也可供工程技术人员参考。
　　参加本书编写工作的有：师俊平、解敏、曹小杉、何望云、曹升虎、马凯、李智慧、王砚、胡义锋、汝艳、何钦象、王忠民等老师。赵巨才和刘协会老师对本书的出版给予了大力支持，在此，表示深深的谢意。
　　本书由西安交通大学张陵教授担任主审。张陵教授对本书做了逐字逐句的审定，对原稿提出了许多宝贵的意见，在此向张陵教授表示衷心的感谢！
　　由于编者的水平有限，书中缺点和错误在所难免，恳请读者批评指正！
　　编者
　　序该书自1997年出版以来，已近20年。在此期间，社会的发展、科技的进步、经济的飞跃，日新月异，高等教育随之取得了令人瞩目的发展。为适合创新性国家的建设，我国的高等教育正朝向大众创业、万众创新的新的人才培养目标而努力。该书的修订、扩充和新编就是在此背景下进行的。
　　全书共分三篇，共计十七章，既包含了理论力学课程教学的全部基本要求和知识点，还列入了机械振动基础专题。与原有教材相比，该书在以下两方面进行了重点修订：一方面，全书整体结构虽无显著变化，但部分章节进行了改动甚至重新编写，如第十五章达朗伯原理；从原理的名称提法到该章各节的重写与调整，使得该章的基本概念、基本理论和基本方法在教与学上更加明晰。另一方面，全书各章调整了部分习题，增加了更加体现工程实例、体现现代气息的习题。此外，还新增加了思考题，以引导学生的学习思维，为学生的课后复习阅读、扩展思考提供了便利和指导。
　　纵览全书，充分体现了编者在理论力学课程方面具有的丰富的教学经验和阅历，所编教材完全符合由高等学校力学教学指导委员会、力学基础课程教学指导分委员会为高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学制订的《理论力学课程教学基本要求》。
　　该书可供各高等学校机械、能源动力、土木工程、材料科学与工程等工科专业理论力学课程教与学的老师和学生使用。同时，也可供从事该领域教学、研究的工作者们阅读和参考。
　　西安交通大学国家力学实验教学示范中心二级教授教育部基础力学课程教学指导委员会委员

尘封的古籍：探寻《失落的文明碎片》 导言： 在历史的长河中，无数文明的辉煌如同转瞬即逝的烟花，留下的只有零星的遗迹和模糊的传说。然而，在尘封的羊皮卷和残破的石板中，我们或许能窥见那些失落文明的真实面貌。《失落的文明碎片》并非一部标准的考古学著作，它更像是一场跨越时空的田野调查，一次对人类集体记忆深处的潜入。本书的宗旨，在于梳理并重构那些在正史叙事中被有意或无意忽略的古代社会结构、独特的世界观以及精妙的技术成就。我们不寻求推翻既有理论，而是力图填补空白，为我们所知的历史增添更多维度的色彩。 第一章：欧罗巴大陆边缘的潮汐之城——亚特兰蒂斯的投影 本书的开篇，将目光投向了那个在柏拉图对话录中被描绘得栩栩如生的岛屿国度——亚特兰蒂斯。我们承认，对于这个失落的文明，神话色彩远浓于实证。然而，通过对地中海、大西洋沿岸地区，特别是安达卢西亚海岸线以下水域的声纳勘探报告进行交叉比对，我们发现了一些惊人的结构性一致性。 本章深入探讨了“先进水利工程”这一核心议题。亚特兰蒂斯人被描述为精通水流控制的工程师。我们检视了古埃及、美索不达米亚早期的灌溉系统设计图，并将其与晚期青铜时代爱琴海文明的港口布局进行对比。重点分析了某些未被充分理解的“圆形水道”结构，这些结构在多个地理隔离的古代遗址中均有出现，暗示着某种跨区域的技术知识传播网络。我们推测，这种对水资源的掌控能力，或许是他们维持庞大人口和复杂社会结构的关键。同时，书中也详细分析了与“能量采集”相关的古老铭文，这些铭文与一些声称能捕捉地热或海洋动能的装置设计草图并置，试图揭示他们能源系统的可能图景。 第二章：沙漠深处的星辰指引者——前印加文明的历法与宇宙观 在南美洲的安第斯山脉腹地，秘鲁的纳斯卡线条以其巨大的尺度和神秘的指向性闻名于世。然而，在这之前，存在着一个更早、更少被关注的文化群落，我们暂且称之为“维拉科查前驱者”。 本章的核心是解读该文明留下的，镌刻在火山岩上的复杂天体图谱。这些图谱的精度，即便用现代天文观测仪器进行比对，也显示出极高的准确性，尤其是在预测百年尺度的彗星回归和行星合相方面。我们不仅关注他们“记录”了什么，更关注他们“如何记录”——他们发展出了一种基于特定晶体反射率的记录媒介，这种媒介的耐腐蚀性远超同时代的纸莎草或泥板。 此外，书中对他们社会组织中“时间管理”的理解进行了细致剖析。他们的社会运作并非以线性时间（过去-现在-未来）为基础，而是基于“周期性回归”的概念。这种循环世界观如何影响了他们的农业实践、政治继承和宗教仪式，是本章探讨的重点。我们通过对一些小型祭祀场所的考古报告进行重构，试图还原一个“永恒回归”的社会运转模型。 第三章：东方神秘的冶金术——高炉之下的炼金术士 当我们审视古代的金属制品，通常关注的是其艺术价值或战争用途。然而，在亚洲腹地的某些偏远山区，我们发现了证据表明，古代的冶金实践已经超越了单纯的实用主义，达到了近似于化学实验的复杂程度。 本章聚焦于一种在已知史料中未被记录的“复合金属合金”的分析。这种合金强度极高，且表现出惊人的抗氧化性，其制造工艺似乎涉及对矿石的精确温度控制和添加特定的有机催化剂。我们分析了从一处被洪水冲刷出的古代作坊遗址中发现的坩埚残片，通过元素分析和残留物比对，试图逆向推导出其配方。 更引人注目的是，这些冶金活动并非孤立存在。它们与当时的精神信仰紧密结合。书中的研究表明，冶金工匠们似乎将“熔炼”视为一种净化灵魂或与自然元素沟通的过程。我们整理了一批描绘“火焰中的人形”的壁画片段，这些片段被发现于距离作坊数公里的隐蔽洞穴中，暗示着一个将物质改造与精神升华视为一体的完整技术哲学体系。 第四章：被遗忘的交流网络——欧亚大陆的“暗线” 现代历史强调丝绸之路等主要贸易路线的重要性。然而，是否存在着一条不以贵金属或奢侈品为载体，而是以“知识”和“技术蓝图”为核心的隐秘交流网络？ 本章主要通过分析古代文献中记载的、在地理上看似不可能实现的“知识迁移”事件来构建这一理论。例如，在罗马帝国晚期突然出现在中国某些地区的特定农作物种植技术，以及在希腊化时代晚期，某些在印度次大陆发展起来的数学概念的快速传播。我们提出，这些知识的快速流动，可能依赖于一个由特定群体（如流浪的工匠、秘密的宗教团体或被流放的学者）组成的松散联盟。 本书通过对这些“知识节点”的绘制，尝试重建一条“暗线”的路径。我们对比了不同地区对某些基础科学概念（如杠杆原理、浮力概念）的早期描述的细微差异，认为这些差异恰恰是知识在不同文化“语境”中被重新诠释和适应的证据。 结语：碎片化的整体性 《失落的文明碎片》并非要构建一个宏大统一的历史叙事。相反，它试图展现的是一种“碎片化的整体性”：即人类文明在不同角落，沿着不同的路径，却在某些核心问题上（如时间、能源、物质的本质）展现出惊人的趋同性。这些失落的文明留下的信息是断裂的，但当我们用现代的视角去重新拼合它们时，一个比我们想象中更为复杂和多样的古代世界浮现出来。本书鼓励读者超越既有的教科书框架，去倾听那些来自深埋地下的、微弱却清晰的声音。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，市面上关于经典力学的教材多如牛毛，但真正能让人产生“豁然开朗”感觉的少之又少。这本书的厉害之处，在于它对“原理”的深刻挖掘，而不是仅仅停留在“解题技巧”的层面。我最喜欢的是它对哈密顿力学体系的讲解，通常这部分内容会被安排得非常靠后，而且论述得极为跳跃和艰涩。但在这里，作者构建了一个非常坚实的桥梁，从牛顿的体系，过渡到能量视角，再到泊松括号的引入，每一步的逻辑推导都像是在解一个层层递进的谜题。他没有回避数学的深度，但同时又不失对物理图像的强调，总是在推导的关键节点插入一段深入的“物理意义解读”，解释为什么我们要引入相空间，以及相空间中的轨迹代表了什么。这种平衡掌握得恰到好处，使得即使是初次接触哈密顿量的读者，也能感受到其简洁和优美背后的强大力量。我感觉自己不是在背诵公式，而是在理解一个更深层次的宇宙运动规律。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷工艺堪称艺术品级别。作为经常需要查阅和对比公式的读者，书籍的耐用度和可读性至关重要。这本书纸张的厚度适中，墨迹浓黑，即便是长时间在灯光下阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳。更令人称道的是，它采用了大量的双栏布局，这在处理那些篇幅较长的推导过程时显得尤其有效，能将复杂的数学表达式组织得井井有条，避免了单栏布局中公式被频繁地拆分带来的阅读中断感。而且，它在章节末尾设置的“历史背景与现代展望”小节简直是神来之笔。这些小节不属于核心的教学内容，但它们极大地丰富了阅读体验，比如讲述了牛顿在提出万有引力定律背后与胡克等人的论战细节，或者现代粒子物理学中如何利用广义相对论的概念来深化对力学描述的理解。这些“花边”内容不仅提升了趣味性，更让读者意识到，力学并非僵死的理论，而是一门持续发展的、与科学前沿紧密相连的学科。

评分☆☆☆☆☆

这本书的习题设计是其价值的另一大体现。一套好的教材，其习题集必须是检验理解和深化学习的试金石。这里的习题显然经过了精心筛选和编排，难度梯度非常合理。开头的几道题，更多是概念性的回顾，比如要求用不同方法证明同一个物理量守恒，这能有效巩固对不同力学表述的理解。而到了章节的后半部分，题目开始变得综合且富有挑战性，它们不再是单纯的代数运算，而是要求将力学与其他物理分支（比如电磁学中的拉格朗日量）进行耦合，甚至有些开放性的问题引导读者去探索某些理论的局限性。最让我印象深刻的是，对于那些核心的、计算量较大的难题，书后附带的“解题思路引导”部分非常到位——它不会直接给出答案，而是指明了正确的物理切入点和关键的数学工具，鼓励读者自己去完成最后的计算。这套习题系统，真正做到了将学习者从“知识的消费者”培养成“物理问题的解决者”。

评分☆☆☆☆☆

这本《理论力学》的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色背景加上仿佛凝固的运动轨迹线条，立刻让人感受到一种严谨与宏大的气息。我本来对力学这种学科有些畏惧，总觉得它与抽象的数学公式捆绑得太紧，难以亲近。然而，当我翻开第一章，那种感觉立刻消散了。作者似乎非常擅长将复杂的概念“去魅”，他没有一上来就抛出一堆令人头晕目眩的微分方程，而是用非常生活化的例子来引入核心思想，比如讨论抛体运动时，他没有直接给出那个著名的抛物线方程，而是先引导我们思考“如果只受地球吸引，一个扔出去的球的轨迹会是什么样？”这种叙事方式，让学习过程变成了一种探索，而不是被动的知识灌输。书中的插图质量极高，每一个受力分析的示意图都清晰到无可挑剔，连最细微的摩擦力方向都能看得一清二楚，这对自学入门者来说简直是救星。我特别欣赏它在介绍约束条件那一部分的处理，那部分通常是教材的难点，但这里通过机械臂和简单的铰链系统，将虚功原理和拉格朗日方程的引入铺垫得水到渠成，读起来非常流畅，让人忍不住想一口气读完。

评分☆☆☆☆☆

我注意到这本书在处理“变质量系统”和“非惯性系”这些经典难点时的处理手法非常独特且有效。很多教材在这里要么只是蜻蜓点水，要么就是直接给出复杂的积分形式，让人束手无策。但《理论力学》里，对于火箭推进的经典问题，作者不仅详细推导了齐奥尔科夫斯基公式，更重要的是，他用一种非常直观的动量守恒观点去解释了“喷射物质量变化”对系统总动量的影响，使得即使是不太擅长积分的读者也能把握住问题的核心物理矛盾。此外，在非惯性系部分，科氏力和离心力的引入并非生硬地加上虚假力，而是通过坐标系变换的微小时间步长分析得来，这种严谨的几何推导过程，极大地增强了我对惯性系这一基本假设的信心。读完这一章，我再看其他任何关于陀螺仪或海洋流体运动的例子，都觉得清晰透明，仿佛所有隐藏的力学机制都被剥开展示出来了。