力學

力學

獨立的基礎學科
力學是一門獨立的基礎學科,是有關力、運動和介質(固體、液體、氣體是撒旦和等離子體),宏、細、微觀力學性質的學科,研究以機械運動為主,及其同物理、化學、生物運動耦合的現象。力學是一門基礎學科,同時又是一門技術學科。它研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關系。力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分,靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題;運動學隻考慮物體怎樣運動,不讨論它與所受力的關系;動力學讨論物體運動和所受力的關系。現代的力學實驗設備,諸如大型的風洞、水洞,它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目,需要多工種、多學科的協作。
  • 中文名:力學
  • 外文名:
  • 類别:
  • 主管部門:
  • 學科設置:基礎學科
  • 研究方向:物質機械運動規律
  • 學科分類:靜力學、運動學和動力學
  • 研究方法:研究方法
  • 重要著作:《自然哲學的數學原理》

簡介

力學是物理學的有機組成部分。本課程主要學習經典力學,并學習相對論力學的基本概念。因上世紀相對論和量子力學的出現,從運動速度、量子效應和引力方面對經典力學的應用提出限制,但經典力學仍作為上述學科的極限情況存在下去,并适用于非常廣泛的範圍。

力學與時空觀緊密相聯。相對論的出現使人們重新評價經典力學的時空觀。20世紀物理學使人們看到守恒律、對稱性和對稱破缺在描述自然規律方面更具普遍性和根本性,因而需在新的學術觀點上表述經典力學。

經典力學的基礎建立于17世紀,實為近代物理學的發端,人們容易産生如下想法:它古老,是否有價值?20世紀的科學技術發展充分顯示經典力學的現代價值。它在微觀和宏觀世界的研究中發揮作用,是火箭發射和星際航行技術的基本理論依據,并形成如水聲學、運動生物力學、結構力學、磁流體力學、空氣動力學等許多專門學科或邊緣學科。

原理

力學是研究物質機械運動規律的科學。自然界物質有多種層次,從宇觀的宇宙體系,宏觀的天體和常規物體,細觀的顆粒、纖維、晶體,微觀的分子、原子、基本粒子。通常理解的力學以研究天然的或人工的宏觀對象為主。但由于學科的互相滲透,有時也涉及宇觀或細觀甚至微觀各層次中的對象以及有關的規律。力學又稱經典力學,是研究通常尺寸的物體在受力下的形變,以及速度遠低于光速的運動過程的一門自然科學。力學運動,是物質在時間、空間中的位置變化,包括移動、轉動、流動、變形、振動、波動、擴散等。而平衡或靜止,則是其中的特殊情況。物質運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其内部的運動和化學運動等。力是物質間的一種相互作用,機械運動狀态的變化是由這種相互作用引起的。靜止和運動狀态不變,則意味着各作用力在某種意義上的平衡,因此,力學可以說是力和(機械)運動的科學。力學在漢語中的意思是力的科學。漢語“力”字最初表示的是手臂使勁,後來雖又含有他義,但都同機械或運動沒有直接聯系。“力學”一詞的英語是mechanics(源于希臘語μηχανη──機械)。在英語中,mechanics是一個多義詞,既可釋作“力學”,也可釋作“機械學”、“結構”等。在歐洲其他語種中,此詞的語源和語義都與英語相同。漢語中沒有同它對等的多義詞。mechanics在19世紀50年代作為研究力的作用的學科名詞傳入中國時,譯作“重學”,後來改譯作“力學”,一直使用至今。“力學的”和“機械的”在英語中同mechanical,而現代漢語中“機械的”又可理解為“刻闆的”。這種不同語種中詞義包容範圍的差異,有時引起國際學術交流中的周折。例如機械的(mechanical)自然觀,其實指用力學解釋自然的觀點,而英語mechanist是指機械師,不是指力學家。

發展簡史

力學知識最早起源于對自然現象的觀察和在生産勞動中的經驗。人們在建築、灌溉等勞動中使用杠杆、斜面、汲水器等器具,逐漸積累起對平衡物體受力情況的認識。古希臘的阿基米德初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。古代人還從對日、月運行的觀察和弓箭、車輪等的使用中,了解一些簡單的運動規律,如勻速的移動和轉動。但是對力和運動之間的關系,隻是在歐洲文藝複興時期以後才逐漸有了正确的認識。16世紀到17世紀間,力學開始發展為一門獨立的、系統的學科。伽利略通過對抛體和落體的研究,在實驗研究和理論分析的基礎上,最早闡明自由落體運動的規律,提出加速度的概念,提出慣性定律并用以解釋地面上的物體和天體的運動。17世紀末牛頓繼承和發展前人的研究成果(特别是開普勒的行星運動三定律),提出力學運動的三條基本定律,使經典力學形成系統的理論。根據牛頓三定律和萬有引力定律成功地解釋了地球上的落體運動規律和行星的運動軌道。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。此後兩個世紀中在很多科學家的研究與推廣下,終于成為一門具有完善理論的經典力學。此後,力學的研究對象由單個的自由質點,轉向受約束的質點和受約束的質點系。這方面的标志是達朗貝爾提出的達朗貝爾原理,和拉格朗日建立的分析力學。其後,歐拉又進一步把牛頓運動定律用于剛體和理想流體的運動方程,這被看作是連續介質力學的開端。運動定律和物性定律這兩者的結合,促使彈性固體力學基本理論和粘性流體力學基本理論孿生于世,在這方面作出貢獻的是納維、柯西、泊松、斯托克斯等人。彈性力學和流體力學基本方程的建立,使得力學逐漸脫離物理學而成為獨立學科。從牛頓到漢密爾頓的理論體系組成了物理學中的經典力學。在彈性和流體基本方程建立後,所給出的方程一時難于求解,工程技術中許多應用力學問題還須依靠經驗或半經驗的方法解決。這使得19世紀後半葉,在材料力學、結構力學同彈性力學之間,水力學和水動力學之間一直存在着風格上的顯着差别。20世紀初,随着新的數學理論和方法的出現,力學研究又蓬勃發展起來,創立了許多新的理論,同時也解決了工程技術中大量的關鍵性問題,如航空工程中的聲障問題和航天工程中的熱障問題等。這時的先導者是普朗特和卡門,他們在力學研究工作中善于從複雜的現象中洞察事物本質,又能尋找合适的解決問題的數學途徑,逐漸形成一套特有的方法。從20世紀60年代起,計算機的應用日益廣泛,力學無論在應用上或理論上都有了新的進展。力學在中國的發展經曆了一個特殊的過程。與古希臘幾乎同時,中國古代對平衡和簡單的運動形式就已具備相當水平的力學知識,所不同的是未建立起像阿基米德那樣的理論系統。到明末清初,中國科學技術已顯着落後于歐洲。

學科分類

力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分,靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題;運動學隻考慮物體怎樣運動,不讨論它與所受力的關系;動力學讨論物體運動和所受力的關系。力學也可按所研究對象區分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支。根據研究對象具體的形态、研究方法、研究目的的不同,固體力學可以分為理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學、闆殼力學、塑性力學、斷裂力學、機械振動、聲學、計算力學、有限元分析等等,流體力學包含流體靜力學、流體動力學等等。根據針對對象所建立的模型不同,力學也可以分為質點力學、剛體力學和連續介質力學。連續介質通常分為固體和流體,固體包括彈性體和塑性體。固體力學和流體力學從力學分出後,馀下的部分組成一般力學。一般力學通常是指以質點、質點系、剛體、剛體系為研究對象的力學,有時還把抽象的動力學系統也作為研究對象。

一般力學除了研究離散系統的基本力學規律外,還研究某些與現代工程技術有關的新興學科的理論。一般力學、固體力學和流體力學這三個主要分支在發展過程中,又因對象或模型的不同出現了一些分支學科和研究領域。屬于一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀螺力學、運動穩定性等;屬于固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等;流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支彙合而成,到了21世紀則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交叉結果又産生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。力學也可按研究時所采用的主要手段區分為三個方面:理論分析、實驗研究和數值計算。實驗力學包括實驗應力分析、水動力學實驗和空氣動力實驗等。着重用數值計算手段的計算力學,是廣泛使用電子計算機後才出現的,其中有計算結構力學、計算流體力學等。對一個具體的力學課題或研究項目,往往需要理論、實驗和計算這三方面的相互配合。力學在工程技術方面的應用結果形成工程力學或應用力學的各種分支,諸如土力學、岩石力學、爆炸力學複合材料力學、工業空氣動力學、環境空氣動力學等。力學和其他基礎科學的結合也産生一些交叉性的分支,最早的是和天文學結合産生的天體力學。在20世紀特别是60年代以來,出現更多的這類交叉分支,其中有物理力學、化學流體動力學、等離子體動力學、電流體動力學、磁流體力學、熱彈性力學、理性力學、生物力學、生物流變學、地質力學、地球動力學、地球構造動力學、地球流體力學等。20世紀以來,力學有了很大的發展,創立了一系列重要的新概念、新理論和新方法。力學與其它學科的交叉和融合日顯突出,形成了許多力學交叉學科:力學與物理學的交叉形成了物理力學,與生命科學的交叉形成了生物力學,與環境科學和地學的交叉形成了環境力學,以及爆炸力學、等離子體力學等都形成了力學的新的學科生長點,不斷地豐富着力學的研究内容和方法,并使力學學科始終保持着旺盛的生命力。同時,人類社會和經濟發展的更高需求将不斷促進力學與其他學科的交叉,促進力學交叉學科發展到一個嶄新的階段。

研究方法

力學研究方法遵循認識論的基本法則:實踐——理論——實踐。力學家們根據對自然現象的觀察,特别是定量觀測的結果,根據生産過程中積累的經驗和數據,或者根據為特定目的而設計的科學實驗的結果,提煉出量與量之間的定性的或數量的關系。為了使這種關系反映事物的本質,力學家要善于抓住起主要作用的因素,屏棄或暫時屏棄一些次要因素。

力學中把這種過程稱為建立模型。質點、質點系、剛體、彈性固體、粘性流體、連續介質等是各種不同的模型。在模型的基礎上可以運用已知的力學或物理學的規律,以及合适的數學工具,進行理論上的演繹工作,導出新的結論。

依據所得理論建立的模型是否合理,有待于新的觀測、工程實踐或者科學實驗等加以驗證。在理論演繹中,為了使理論具有更高的概括性和更廣泛的适用性,往往采用一些無量綱參數如雷諾數、馬赫數、泊松比等。這些參數既反映物理本質,又是單純的數字,不受尺寸、單位制、工程性質、實驗裝置類型的牽制。

因此,從局部看來,力學研究工作方式是多樣的:有些隻是純數學的推理,甚至着眼于理論體系在邏輯上的完善化;有些着重數值方法和近似計算;有些着重實驗技術等等。而更大量的則是着重在運用現有力學知識,解決工程技術中或探索自然界奧秘中提出的具體問題。

現代的力學實驗設備,諸如大型的風洞、水洞,它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目,需要多工種、多學科的協作。應用研究更需要對應用對象的工藝過程、材料性質、技術關鍵等有清楚的了解。在力學研究中既有細緻的、獨立的分工,又有綜合的、全面的協作。

應用領域

力學是物理學、天文學和許多工程學的基礎,機械、建築、航天器和船艦等的合理設計都必須以經典力學為基本據。機械運動是物質運動的最基本的形式。機械運動亦即力學運動。

在力學理論的指導或支持下取得的工程技術成就不勝枚舉。最突出的有:以人類登月、建立空間站、航天飛機等為代表的航天技術;以速度超過5倍聲速的軍用飛機、起飛重量超過300t、尺寸達大半個足球場的民航機為代表的航空技術;以單機功率達百萬千瓦的汽輪機組為代表的機械工業,可以在大風浪下安全作業的單台價值超過10億美元的海上采油平台;以排水量達5×105t的超大型運輸船和航速可達30多節、深潛達幾百米的潛艇為代表的船舶工業;可以安全運行的原子能反應堆;在地震多發區建造高層建築;正在陸上運輸中起着越來越重要作用的高速列車,等等,甚至如兩彈引爆的核心技術,也都是典型的力學問題。

總之還有許多的問題。

重要着作

《自然哲學的數學原理》(又譯《自然哲學之數學原理》,拉丁文:Philosophiae Naturalis Principia Mathematica),是英國偉大的科學家艾薩克·牛頓的代表作。成書于1687年。

簡介

《自然哲學的數學原理》是第一次科學革命的集大成之作,被認為是古往今來最偉大的科學着作,它在物理學、數學、天文學和哲學等領域産生了巨大影響。在寫作方式上,牛頓遵循古希臘的公理化模式,從定義、定律(公理)出發,導出命題;對具體的問題(如月球的運動),他把從理論導出的結果和觀察結果相比較。全書共分五部分,首先“定義”,這一部分給出了物質的量、時間、空間、向心力等的定義。第二部分是“公理或運動的定律”,包括著名的運動三定律。接下來的内容分為三卷。前兩卷的标題一樣,都是“論物體的運動”。第一卷研究在無阻力的自由空間中物體的運動,許多命題涉及已知力解定受力物體的運動狀态(軌道、速度、運動時間等),以及由物體的運動狀态确定所受的力。第二卷研究在阻力給定的情況下物體的運動、流體力學以及波動理論。壓卷之作的第三卷是标題是“論宇宙的系統”。由第一卷的結果及天文觀測牛頓導出了萬有引力定律,并由此研究地球的形狀,解釋海洋的潮汐,探究月球的運動,确定彗星的軌道。本卷中的“研究哲學的規則”及“總釋”對哲學和神學影響很大。

目錄

序言

定義

運動的公理或定律

第一編 物體的運動

第1章 初量與終量的比值方法,由此可以證明下述命題

第2章 向心力的确定

第3章 物體在偏心的圓錐曲線上的運動

第4章 由已知焦點求橢圓,抛物線和雙曲線的軌道

第5章 焦點未知時怎樣求軌道

第6章 怎樣求已知軌道上的運動

第7章 物體的直線上升或下降

第8章 受任意類型向心力作用的物體環繞軌道的确定

第9章 沿運動軌道的物體運動;回歸點運動

第10章 物體在給定表面上的運動;物體的擺動運動

第11章 受向心力作用物體的相互吸引運動

第12章 球體的吸引力

第13章 非球形物體的吸引force第14章 受指向極大物體各部分向心力推動的極小物體的運動

第二編 物體(在阻滞介質中)的運動

第1章 受與速度正比的阻力作用的物體運動

第2章 受正比于速度平方的阻力作用的物體運動

第3章 物體受部分正比于速度平方的阻力作用的物體運動

第4章 物體在阻滞介質中的圓運動

第5章 流體密度和壓力;流體靜力學

第6章 擺體的運動與阻力

第7章 流體的運動,及其對抛體的阻力

第8章 通過流體傳播的運動

第9章 流體的圓運動

第三編 宇宙體系

哲學中的推理規則

現象

命題

月球交會點的運動

總釋

著名人物

阿基米德

古希臘的阿基米德對杠杆平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統研究,确定它們的基本規律,初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。

伽利略·伽利雷

伽利略在實驗研究和理論分析的基礎上,最早闡明自由落體運動的規律,間接證明了自由落體運動是勻變速直線運動,提出加速度的概念。

艾薩克·牛頓

牛頓繼承和發展前人的研究成果(特别是開普勒行星運動三定律),提出物體運動三定律。(牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律)

阿爾伯特·愛因斯坦

《相對論》的創建人,對牛頓力學的諸多問題進行整改、修複和完善,開啟了物理學的新紀元。

發展趨勢

(1)固體力學

經典的連續介質力學将可能會被突破。新的力學模型和體系,将會概括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素,以及這些因素的演化,從而使複合材料(包括陶瓷、聚合物和金屬)的強化、韌化和功能化立足于科學的認識之上。固體力學将融彙力-熱-電-磁等效應。機械力與熱、電、磁等效應的相互轉化和控制,到21世紀大都還限于測量和控制元件上,但這些效應的結合孕育着極有前途的新機會。21世紀初出現的數百層疊合膜“摩天大廈”式的微電子元器件,已迫切要求對這類力-熱-電耦合效應做深入的研究。以“Mechronics”為代表的微機械、微工藝、微控制等方面的發展,将會極大地推動對力-熱-電-磁耦合效應的研究。

(2)流體力學

今後,航天飛機和新一代的超聲速民航機的成功研制将首先取決于流體力學的進展。在有關的高溫空氣動力學中必須放棄原先的熱力學平衡的假定。吸氣式發動機中H2,O2在超聲速流動狀态下的混合、點火等,都是過去的理論和實踐未能解決的難題。超聲速流邊界層的控制、減阻以及降噪控制等也帶來一系列新問題。

(3)一般力學

一般力學21世紀以來已開始進入生物體運動問題的研究,研究了人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學問題。這種在宏觀範圍内對生物體進行的研究,已經帶來了一些新的結果。億萬年生物進化的結果,的确把優化的運動機能賦與了生存下來的物種。對其進一步研究,可以提供生物進化方向的理性認識,也可為人類進一步提高某些機構或機械的性能提供方向性的指導。以下幾個方面的問題應當給予充分重視:(1)固體的非平衡/不可逆熱力學理論;(2)塑性與強度的統計理論;(3)原子乃至電子層次上子系統(原子鍵,位錯,空位等缺陷)的動力學理論。為深入進行這些研究,應當充分利用與開發計算機模拟(如分子動力學)和現代宏、細、微觀實驗與觀測技術。工科離不開力學,在工科基礎課中,開設了不同的力學課程:理論力學,假設物體不發生變形,用傳統數學物理方法研究一切質點,物體的運動,靜力學和動力學原理,機械原理的理論基礎。材料力學,傳統方法研究物體在各種載荷下,包括靜力,靜扭矩,靜彎矩,振動,碰撞等,機械零部件和裝配設計,機械加工的理論基礎。流體力學,研究一切流體在容器、管道中運動規律和力學特性,液壓、氣動、熱分析的理論基礎。分析力學,使用計算數學方法分析力學有限元素法,把受力對象拆解成有限個元素,對每個元素進行受力分析,通過聯立偏微分方程組,用泛函求解,計算出每個元素,每個節點的應力應變。聯立方程組可化為剛度矩陣和自由度組成的矩陣方程。

(4)生物力學

當今生物力學發展正經曆着深刻的變化。生命科學與包括力學在内的基礎和工程科學交叉、融合21世紀已愈來愈成為當今生命科學的研究熱點,同時也是力學學科的新生長點。基礎研究逐步精細化及定量化,大量數據的積累要求模型化及數學化,為生物力學研究開辟了新的用武之地。現代分子和細胞生物學既提出大量新課題,又帶來了許多新工具,推動着生物力學由宏觀向微(細)觀深入、并強調宏-微(細)觀相結合。實際應用的不斷湧現,催生着以解決與應用相關的工程技術問題為目标的新的生物工程學。這一新的生物工程學遠遠超出了基于微生物的、以發酵工程為标志的生物技術及以醫療儀器研發為目标的生物醫學儀器這兩個傳統的領域。不斷尋求新的力學和物理原理與方法,與生命科學及其它基礎和工程科學進一步融合,已成為當今生物力學發展的主要特色。當今生物力學正經曆從“X × Bio = Bio-X”(交叉)到“Bio × X = X-Bio”(融合)的轉變。在基礎研究層面上,它将與生物物理學、生物數學、生物信息學、生物化學等緊密結合,重點研究生物學的定量化和精确化問題;在應用研究層面上,組織工程、藥物設計與輸運、血流動力學、骨-肌肉-關節力學等正在或已經得到臨床或工業界的認同,其核心是解決關鍵技術問題。當前生物力學的發展特點可大緻歸納為:内涵擴大(生物醫學工程;生物工程),有機融合(生命科學與基礎和工程科學),微觀深入(細胞-亞細胞-分子層次;定量生物學),以及宏觀-微觀相結合(組織工程、器官力學;信息整合與系統生物學)。宏觀生物力學研究仍為主流,但宏觀-微觀相結合、微觀生物力學研究發展十分迅速。當前生物力學發展的前沿領域主要包括:1)細胞-分子力學;2)器官-組織力學;3)骨骼-肌肉-關節力學;4)生物力學新概念、新技術與新方法等。

(5)環境力學

環境力學是力學與環境科學相互結合而形成一門新興交叉學科,主要研究自然環境中的變形、破壞、流動、遷移及其伴随的物理、化學、生物過程和導緻的物質、動量、能量輸運,定量化描述環境的演化規律和對人類生存環境的影響。環境力學的發展十分有利于深化人們對環境問題中的物理過程和基本規律的認識,促進環境問題的定量化研究。21世紀的環境力學研究,既要注重學科發展的自身規律和要求,又要緊密結合國家需求和工程實際,将機理研究、規律分析與防治措施有機地結合起來。結合中國的經濟和社會發展需求,中國的環境力學研究必須抓住一個基礎(複雜介質流動和多過程耦合)、兩個經濟發展地區(西部和沿海)、三個方面(水環境、大氣環境、災害與安全),确立重點發展領域,促進學科的發展。一方面,強調環境力學中的共性科學問題,包括:(1)環境流動與輸運的基本方程和求解方法;(2)氣、液、固界面的耦合;(3)多相、多組分、多過程,以及多尺度的耦合分析等;(4)“環境力學”中模型實驗的尺度效應問題等。另一方面,瞄準西部開發和沿海經濟開發,以及重大工程和影響的實際環境問題,包括:(1)西部幹旱、半幹旱環境治理的動力學過程—土壤侵蝕機理、沙塵暴形成和輸送機理、以及荒漠化治理;(2)以水或氣為載體的物質輸運過程—污染物排放過程的精确預報、河口海岸泥沙、污染物輸運及其對生态環境的影響規律;(3)重大環境災害發生機理及預報— 熱帶氣旋、風暴潮、洪水預測、滑坡、泥石流産生機理、全球變暖等

力的合成與分解公式

1.同一直線上力的合成同向:F=F1+F2,反向:F=F1-F2(F1>F2)

2.互成角度力的合成:

F=(F12+F22+2F1F2cosα)1/2(馀弦定理)F1⊥F2時:F=(F12+F22)1/2

3.合力大小範圍:|F1-F2|≤F≤|F1+F2|

4.力的正交分解:Fx=Fcosβ,Fy=Fsinβ(β為合力與x軸之間的夾角tgβ=Fy/Fx)

注:

(1)力(矢量)的合成與分解遵循平行四邊形定則;

(2)合力與分力的關系是等效替代關系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立;

(3)除公式法外,也可用作圖法求解,此時要選擇标度,嚴格作圖;

(4)F1與F2的值一定時,F1與F2的夾角(α角)越大,合力越小;

(5)同一直線上力的合成,可沿直線取正方向,用正負号表示力的方向,化簡為代數運算。

同名書籍

書名:力學:21世紀高等院校教材

ISBN:703011550

作者:史可信編

出版社:科學出版社

定價:30

頁數:328

出版日期:2003-8-1

版次:1

開本:16開

包裝:精裝

簡介:本書是南京大學本科教學改革計劃中的立項教材,是作者在南京大學理科應用物理類專業講授力學課程基礎上寫成的。

本書講述了經典力學的基本概念與基本定律,以牛頓運動定律适用的質點力學為基礎,逐步擴大研究範圍到質點組、剛體以及機械振動與機械波。還扼要介紹了流體力學和相對論的基本知識。有相當篇幅是屬于應用性較強的内容,同時也有意引入了一些處于研究階段的題材以及懸而未決的問題,作者的意圖是使讀者從中體驗力學科學是緊密聯系實際的。

本書可作為理科應用物理類各專業的教學用書,也可作為各類高校理工科專業的教學用書或自學參考書。

目錄:

緒論

第一章 質點運動學

1.直線運動

2.曲線運動

3.坐标系的應用

思考題與習題

選讀材料

第二章 質點動力學

4.牛頓運動定律

5.質點動力學問題的求解

思考題與習題

選讀材料

第三章 質點的運動定理

6.動量定理

7.角動量定理

8.功

9.勢能

10.動能定理機械能守恒 功能原理

11.有心力問題 行星運動

思考題與習題

選讀材料

第四章 質點組運動定理

12.質點組的動量定理

13.質點組的角動量定理

14.質點組的動能定理 機械能守恒定律

15.兩體運動問題

16.兩體碰撞問題

17.變質量物體的運動

思考題與習題

選讀材料

第五章 剛體力學

18.剛體的運動類型

19.力系的簡化

20.剛體的平衡

21.剛體的平動

22.剛體的定軸轉動

23.剛體的平面平行運動

24.高速轉動物體的回轉效應

思考題與習題

選讀材料

第六章 非慣性系

25.平動參考系

26.定軸轉動參考系

27.較動參考系中的動力學問題

28.地球自轉所産生的影響

思考題與習題

選讀材料

第七章 彈性力學簡介

29.彈性體的拉伸或壓縮

30.彈性體的剪切形變

31.梁的彎曲

32.圓杆的扭轉

思考題與習題

第八章 振動與波

33.一維振動

34.諧振動的合成

35.一維波的形成

36.駐波和多普勒效應

37.空間波

38.波的幹涉

思考題與習題

選讀材料

第九章 流體力學

39.理想流體

40.流體靜力學

41.流體的運動學

42.理想流體穩恒流動的運動定理

43.黏性流體

思考題與習題

選讀材料

第十章 相對論力學

44.伽利略變換與經典時空觀

45.邁克耳孫-莫雷實驗(1881~1887)

46.洛倫茲變換

47.狹義相對論的時空觀

48.狹義相對論動力學

49.廣義相對論簡述

思考題與習題

習題參考答案

參考文獻

附錄 微積分初步

名詞漢英對照索引

圖書信息2

書名:力學

圖書編号:1202332

出版社:北京大學

定價:34.0

ISBN:730109401

作者:舒幼生

出版日期:2005-01-01

版次:1

開本:16

簡介:

本書系為大學物理類專業學生編寫的普通物理力學教材,适用于綜合性理科大學和師範類大學,也可用作工科類大學的力學教學參考書。全書分為經典力學和俠義相對論兩部分。前7章闡述經典力學内容,其中第1,2,3,4章講解質點運動學、牛頓定律和動量、能量、解動量定理,第5章讨論質心和剛體,第6章介紹流體,第7章專述振動與波,第8章闡述狹義相對論中的運動學和質點動力學内容。本書的經典力學部分采用傳統的方式展現主體結構中内在的系統性,在狹義相對論章節的引文中,尤其注意内容之間的邏輯關聯。全書在陳述方式上,始終顧及大學一年級學生的可接受性。考慮到課後練習的重要性,本書編寫過程中刻意為學生編制和選錄各章習題,按易、難程度分成A和B兩組,并将全部題解彙集成冊,書名為《力學習題與解答》,與教材配套出版,供學生解題後參考。

目錄:

1.質點運動學

1.1 空間和時間

1.2 直線運動

1.3 平面曲線運動

1.4 空間曲線運動

1.5 參考系間的相對運動

習題

2.牛頓定律 動量定理

2.1 牛頓定律

2.2 相互作用力

2.3 力學相對性原理

2.4 慣性力

2.5 動量定理

習題

3.機械能定理

3.1 動能定理

3.2 保守力與勢能

3.3 機械能定理

3.4 碰撞

習題

4.解動量定理 天體運動

4.1 解動量定理

4.2 對稱性與守恒律

4.3 天體運動

4.4 膨脹的宇宙

習題

5.質心 剛體

5.1 質心

5.2 剛體定軸轉動

5.3 剛體平面行運動

5.4 剛體定點轉動 剛體平衡

習題

6.流體

6.1 流體靜力學

6.2 流體運動學和質量守恒

6.3 理想流體的定常流動

6.4 黏性流體的流動

習題

7.振動和波

7.1 簡諧振動的運動學描述

7.2 簡諧振動的動力學性質

7.3 保守系的振動

7.4 阻尼振動 受迫振動自激振動

7.5 波的運動學描述

7.6 一維線性波動方程

7.7 波的能量

7.8 真空中的電磁波

習題

8.狹義相對論

8.1 狹義相對論基本原理

8.2 狹義相對論時空度量相對性

8.3 狹義相對論時空變換及其推論

8.4 狹義相對論動力學

習題

附錄 數學補充知識

……

習題答案

圖書信息3

書名:力學(上冊)

圖書編号:1652180

出版社:複旦大學出版社

定價:10.0

ISBN:730901363

作者:鄭永令

出版日期:2003-10-04

版次:1

開本:32開

簡介:

本書是《普通物理學教程叢書》中的一種,是作者在給複旦大學物理系學生上課時所用的講義基礎上,經過多年實踐不斷修改而成的。全書十章分為五篇,分别講述質點力學、質點系力學與守恒定律、剛體與流體、振動和波、相對論等。全書顯得内容清新、層次分明、注意了力學的曆史發展及力學同其他學科的聯系,使可讀性和開拓性都很好.全書分上、下兩冊出版,可供綜合性大學或工科大學作為普通物理學的力學教科書或主要教學參考書.

目錄:

(上冊)

前言

作者的話

第一篇質點力學

第一章質點運動學

1.1參照系

空間時間與運動參照系和坐标系時間标準和長度标準

1.2質點

1.3位矢、速度和加速度

質點的位矢和運動方程速度加速度位矢、速度、加速度

的相互關系位矢、速度、加速度在直角坐标系中的分量形式

位矢速度和加速度相互關系的進一步讨論例題

1.4切向加速度和法向加速度

1.5速度與加速度在平面極坐标中的表示

平面極坐标極坐标中的位矢、速度和加速度例題

1.6相對運動

動參照系作勻速直線運動,絕對速度、相對速度和牽連速度

動參照系作任意方式的平動,絕對加速度、相對加速度與牽連

加速度動參照系作勻角速轉動,科裡奧利加速度例題

1.7哈勃定律與宇宙膨脹

奧伯斯佯謬與多普勒紅移哈勃定律,宇宙的年齡與大小銀河系

是宇宙的中心嗎?

思考題

附錄1A伽裡略對落體和抛體運動的研究

習題

第二章牛頓運動定律

引言

2.1牛頓運動定律

第一定律與慣性參照系第二定律第三定律

2.2單位制與量綱

單位制基本量與導出量量綱

2.3常見的力

力的基本類型接觸力和非接觸力引力和重力彈性力摩

擦力洛侖茲力

2.4牛頓定律的運用

質點動力學基本問題約束例題

2.5力學相對性原理和伽裡略坐标變換

力學相對性原理伽裡略坐标變換例題

2.6非慣性系與慣性力:平動加速系中的平移慣性力

平移慣性力潮汐現象的解釋厄缶實驗例題

2.7非慣性系與慣性力:勻速轉動參照系中的離心力和

科裡奧利力

離心力離心機原理重量和緯度的關系銀河系的自轉

科裡奧利力例題慣性的本質是什麼?

思考題

附錄2A牛頓與他的《原理》

習題

第二篇守恒定律與質點系動力學

第三章動量

3.1動量與動量定理

沖量質點動量定理質點系動量定理幾點說明例題

3.2質心與質心運動定律

質心質心的位置體系動量定理與質心運動定律例題

幾點說明

3.3動量守恒定律

動量守恒定律幾點說明質心坐标系例題

3.4變質量物體的運動

變質量體系的含義運動方程的導出讨論火箭的運動

例題

思考題

習題

第四章功與能

4.1功與功率

作用于單個質點的力的功作用于質點系的力的功、外力的功

和内力的功幾種力的功例題

4.2質點動能定理

質點動能定理由動能定理求解物體的運動質點動能定理與

參照系的關系例題

4.3質點系動能定理

質點系動能定理質點系動能定理與質點系動量定理的比較

例題

4.4質點系的勢能

保守力與非保守力質點系的勢能幾種勢能勢能曲線例題

4.5機械能和機械能守恒定律

質點系的功能原理和機械能守恒定律質點在保守力場中的機

械能和機械能守恒定律幾點說明例題

4.6宇宙膨脹動力學

退行速度開宇宙、平宇宙與閉宇宙

4.7質心系中的功能定理和機械能守恒定律

質點系動能和質心動能’一般質心系中的功能定理和機械能守恒定

律例題

4.8碰撞

正碰斜碰碰撞和質心坐标系例題

思考題

習題

第五章角動量

5.1力矩

力矩的定義作用于質點的力矩和作用于質點系的力矩

5.2質點角動量定理

質點的角動量質點角動量定理質點角動量守恒例題

5.3質點系角動量定理

質點系角動量定理質點系角動量守恒銀河系為什麼是扁的?

潮汐與日長的持續性增長例題

5.4質心系中的角動量定理

質心系中的角動量定理質心系中的角動量守桓體系角動量

和質心角動量

5.5質點在有心力場中的運動開普勒定律

有心力有心力場中質點運動的一般特征有效勢能與軌道特

征向行星發射人造天體行星運動的開普勒定律兩體問題

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