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本书为国家精品课程配套教材，根据教育部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制定的“理论力学课程教学基本要求（A类）”编写而成。全书共7章，分别阐述了运动学与动力学的基础理论和方法，内容包括点的运动及刚体的简单运动、点的合成运动、刚体的平面运动、虚位移原理、质点系动力学普遍定理、达朗贝尔原理、动力学普遍方程与拉格朗日方程及附录，重点介绍了最具有理论力学课程特点的基本内容，以不同层次和角度论述了基本概念、基本公式和基本方法。

目    录
第1章  点的运动及刚体的简单运动	（1）
1.1  点的运动	（1）
1.1.1  矢量法	（1）
1.1.2  直角坐标法	（2）
1.1.3  自然坐标法	（5）
1.2  刚体的平动	（10）
1.3  刚体绕定轴的转动	（11）
本章小结	（16）
思考题	（17）
习题	（17）
第2章  点的合成运动	（20）
2.1  绝对运动、相对运动和牵连运动	（20）
2.2  点的运动方程合成——三种运动方程间的关系	（21）
2.3  点的速度合成定理——三种运动速度间的关系	（24）
2.4  点的加速度合成定理——三种运动加速度间的关系	（30）
本章小结	（38）
思考题	（39）
习题	（40）
第3章  刚体的平面运动	（43）
3.1  刚体的平面运动方程及运动分解	（43）
3.2  平面运动刚体上各点的速度分析	（45）
3.2.1  基点法	（45）
3.2.2  速度投影定理法	（46）
3.2.3  瞬时速度中心法	（48）
3.3  平面运动刚体上各点的加速度分析	（52）
3.4  运动学综合应用	（59）
本章小结	（66）
思考题	（66）
习题	（68）
第4章  虚位移原理	（72）
4.1  约束、虚位移、虚功	（72）
4.2  虚位移原理	（78）
4.3  广义力和平衡条件	（88）
本章小结	（92）
思考题	（93）
习题	（94）
第5章  质点系动力学普遍定理	（96）
5.1  质点动力学基本方程	（96）
5.2  质点系的动量定理	（98）
5.2.1  动量定理	（98）
5.2.2  质心运动定理	（100）
5.3  质点系的动量矩定理	（103）
5.3.1  动量矩定理	（103）
5.3.2  刚体定轴转动的微分方程	（107）
5.4  刚体平面运动微分方程	（109）
5.5  质点系的动能定理	（116）
5.5.1  动能定理	（116）
5.5.2  机械能守恒定律	（126）
5.6  普遍定理的综合应用	（128）
5.7  碰撞	（132）
本章小结	（137）
思考题	（138）
习题	（140）
第6章  达朗贝尔原理	（145）
6.1  质点的达朗贝尔原理	（145）
6.2  质点系的达朗贝尔原理	（146）
6.3  刚体惯性力系的简化	（149）
6.4  绕定轴转动刚体的轴承动约束力	（156）
本章小结	（158）
思考题	（159）
习题	（159）
第7章  动力学普遍方程与拉格朗日方程	（162）
7.1  动力学普遍方程	（162）
7.2  拉格朗日方程	（163）
7.3  拉格朗日方程的初积分	（168）
本章小结	（171）
习题	（171）
附录A  常见均质物体的转动惯量和回转半径	（173）
附录B  MATLAB程序	（175）
附录C  习题参考答案	（176）
参考文献	（181）

序
    力学是大多数工程科学，如土木工程、机械工程、材料工程、航空航天、能源动力、交通运输、化工等的基础，是工科学生学习专业知识和技能的基础课程。不仅如此，力学还有着不同于其他学科的思维方式，是理工科学生应普遍接受的思维训练之一。
    目前，我校的“工程力学”课程被评为国家级精品课程。经过多年的教学实践，并根据教育部力学课程指导委员会组织讨论的教学基本要求和各专业的培养目标、培养计划，进行了从课程体系、教学内容到教学方法、教学手段等全方位的改革，现已形成了一个针对不同专业的、分层次的课程体系。例如，对于土木类的专业，根据其专业特点及后续课程的需求，强调静力学和材料力学部分的知识；而对于机电类的专业，则更加注重运动学、动力学等知识；对于其他短学时的课程，则着重于静力学和材料力学最基础的知识。同时，还从学生的实际情况出发，实行分级教学：A级为优秀学生班级，重点培养拔尖人才；B级为一般水平学生班级，教学要求比教育部颁布的基本要求稍高；C级为基础及能力较差的学生班级，课程教学按教育部颁布的教学基本要求执行。
    为了适应不同专业的需求，一般是编写不同的教材；而对于不同层次的分级教学，则主要由老师根据实际情况做出不同的取舍。针对这种情况，我们编写了这套适用于不同专业和层次的工程力学模块化的教材，共分为4册：第1册为《静力学》；第2册为《运动学和动力学》；第3册为《材料力学I》，包括材料力学的基础部分内容；第4册为《材料力学II》，包括材料力学的扩展内容。不管什么专业，只要是有力学教学的需要，都可以通过自行选择不同的分册来得到满足。例如，对于土木类可选择第1～3册和第4册部分内容；机电类可选择第1～3册；其他工科短学时可选择第1, 3册；数理学科的学生学习经典力学，则可选择第1,2册。在每册中还可灵活取舍内容，根据学生对先修课程掌握的情况而进行分级教学。
    除了上面提到的模块化特点以外，本套教材的编写还突出了以下特色。
    (1) 由浅入深，不断强化。每部分内容都采取由浅入深的讲述方式，便于自学和理解。但在后续讲述中会不断将前面内容系统化，并强调后续内容与先期内容的联系。
    (2) 明确知识要点，加强知识点的联系。工程力学中的知识点很多，虽然在解决实际的工程问题中最终都会起到作用，但学生在学习过程中对这些知识点的理解却是相对孤立的。因此，站在一定的高度，阐明各知识点之间的联系和最终其所发挥作用的作用，这将非常有利于学生真正掌握力学的思想和解决问题的能力。
    (3) 从力学模型的建立和简化到直接的工程应用。每部分内容都围绕“力引起物体的运动和变形”这一力学的核心思想，由浅入深地讲述从力学模型的建立、简化直至结果结论的工程应用。采取研究型教学的思想，先提出问题和要达到的目的，再讲述为达目的如何建立数学力学模型并简化。
    (4) 强调力学与数学的联系。包括力学模型的数学化、数学公式的力学图像解释和理解。
    (5) 定量和定性分析相结合。通过例题和习题，在定量分析结果的基础上尽可能总结出定性的结论，以帮助学生加强对力学概念的理解，以及获取直接的工程经验。
    (6) 习题分级。将习题分成三级：基本题、提高题、研究型题，以适应不同专业、不同层次的学生。
    限于编者的水平，本套教材作为尝试，自然在某些方面会存在不足和疏漏，恳请有关专家、教师、学生随时提出批评和建议，以便我们改进和提高。

                                                     编者（yswang@bjtu.edu.cn）
                                                           2011年于北京交通大学


前言
    动力学是研究物体机械运动一般规律的一门学科。研究物体机械运动的普遍规律涉及物体运动的变化、作用于物体的力及物体的质量等，因此动力学问题比静力学问题更为复杂。为了便于“循序渐进，由浅入深”地学习，本教材第1章至第3章介绍了运动学的知识，从第4章起再进一步研究物体的运动的变化与作用在物体上的力之间的关系，从而建立物体机械运动的普遍规律。
    在本教材的编写中，将动力学普遍定理的教学内容列为一章，先讲授质点系的动量定理和动量矩定理，以及在刚体平面运动动力学分析中的应用；然后讲述质点系的动能定理和机械能守恒；最后介绍普遍定理的综合应用及在碰撞过程中的应用。与目前普遍采用的分章节介绍质点和质点系的动量定理、动量矩定理和动能定理的编排体系相比，这样安排的特点在于：突出了动力学普遍定理在“刚体平面运动”这一动力学核心内容中的应用，加强了碰撞与动力学普遍定理的联系，避免了理论力学课程中该部分教学内容与普通物理有关内容的重复。
    此外，本教材还注重数学知识在力学课程中的应用，加强解析法及相关原理的数学推导，适当地补充、复习数学知识。同时，对个别地方较复杂的数学计算，适当引入了利用MATLAB求解问题的内容，希望能够引导学生培养结合计算机解决力学问题的能力。
    本教材的所有章节首先由税国双执笔完成草稿，然后由汪越胜与税国双共同商议调节了个别内容安排，并对草稿进行了仔细全面的修改；金明也对草稿进行了许多修改。在编写过程中，参考了相关理论力学系列的教材，编者在此表示衷心的感谢。
    由于编者的水平所限，疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
                                                     编者（gsshui@bjtu.edu.cn）

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