理論力學簡明教程

理論力學簡明教程

《理論力學簡明教程》是由景榮春編寫,清華大學出版社出版的一本圖書。

基本信息

圖書信息

書 名: 理論力學簡明教程

作 者:景榮春

出版社清華大學出版社

出版時間: 2009年11月

ISBN: 9787302212027

開本: 16開

定價: 28.00 元

內容簡介

《理論力學簡明教程(第2版)》為2009年江蘇省立項建設精品教材。《理論力學簡明教程(第2版)》分3篇共14章,涵蓋了教育部非力學專業課程指導分委員會編制的多學時理論力學基本要求的內容,包括:緒論、靜立學基本概念和物體受力分析、力系的簡化、力系平衡方程及套用、靜力學套用專題、點的運動和剛體的基本運動、點的合成運動、剛體平面運動、動力學基礎、動量定理、動量矩定理、動能定理、達朗貝爾原理、虛位移原理及動力學普遍方程、單自由度系統的振動等。

《理論力學簡明教程(第2版)》的特色足內容突出理論力學基本概念、基本理論和基本方法,符號和插圖規範,文手:敘述簡明易懂,精選各種類型例題、思考題和習題,例題分析突出啟發式。

作者簡介

景榮春,男,1947年出生。1964-1970年就讀於清華大學,1979-1980年清華大學2年制進修班學習,1982年獲得江蘇工學院工學碩士學位,1986-1987年教育部公派美國威斯康辛大學(Madison)訪問學者。現任江蘇科技大學教授,省級一類優秀課程“理論力學”組長兼省級二類優秀課程“工程力學”組長。一直從事各門力學課程的教學和工程套用研究,獲省級一、二等獎各1次;主持完成國家級重大攻關設備研究1項,填補了國內空白:主持完成部級國防科研項目2項;主編“理論力學”教材2本,合編“工程力學”教材2本,合編“基礎力學”電子教材光碟6張,參編“基礎力學”教輔教材4本;以第1作者發表論文30餘篇。

圖書目錄

緒論

第1篇 靜力學

第1章 靜力學基本概念與物體受力分析

第2章 力系的簡化

第3章 力系平衡方程及套用

第4章 靜力學套用專題

第2篇 運動學

第5章 點的運動和剛體的基本運動

第6章 點的合成運動

第7章 剛體平面運動

第3篇 動力學

第8章 動力學基礎

第9章 動量定理

第10章 動量矩定理

第11章 動能定理

第12章 達朗貝爾原理

第13章 虛位移原理及動力學

第14章 單自由度系統的振動

參考文獻

……

面向21世紀課程教材

書名:理論力學簡明教程

出版社:高等教育出版社

定價:16.9

條形碼:9787040101539

ISBN:ISBN 7-04-010153-X

作者:陳世民

印刷日期:2005-8-5

出版日期:2001-12-1

精裝平裝_開本_頁數:平裝16開,243頁

中圖法:

中圖法一級分類:

中圖法二級分類:

書號:

簡介:前 言

理論力學是一門套用廣泛的基礎課程.不僅物理專業的學生必讀,對於工程技術專業的學生而言,理論力學也是不可缺少的知識.為了適應當前社會經濟發展的需要,高等學校中創建了許多新型套用物理專業.由於各專業特點不同,對理論力學課程的要求也有較大的差別.本教程就是為適應這一新的情況而編寫的.

當今,科學技術突飛猛進,新知識大量湧現,物理學本身也在某些方面有了重大進展.為了適應新的形勢,需要對課程內容作必要的調整,刪繁就簡;某些學科的新進展和新知識在教材中需要有一定的反映,教材內容才能相應地得以充實.這正是作者編寫本教程時試圖貫徹的精神.

介紹、推演和總結物理學的基本規律是理論物理課程的主要目標.在理論物理的教科書中,不可避免地會出現眾多紛繁的數學公式,這給初學者帶來困擾,理論力學也不例外.本教程強調基本理論,注重從最基本的理論出發引導讀者掌握物體各種機械運動形態下的具體規律.本教程較多地強調了勢能函式作為穩定性問題判據的重要性,質點運動的平衡、有心力場中圓軌道運動的穩定性和剛體定點運動的穩定性問題,都以它作為判據.考慮到讀者對力學已有一定的基礎,在教程中我們並不特別注重理論內容和形式上的系統性.例如很早就用到角速度矢量,雖然它的嚴格定義在後面剛體力學中才給出.對於部分難點我們儘可能地採用直觀形象的講述方法.例如,對科里奧利力的講解採用了圖解方法;對於剛體定點運動的表述也力求直觀.

非線性力學系統的動力學,是近些年蓬勃發展起來的新學科,它對物理學以至其他許多學科的發展,都有巨大的推動作用.非線性動力學的研究賦予古老的經典力學新的活力,對此本教程也給予一定的反映,教程中指出,在非線性力學系統的運動中,普遍存在著有序、分岔和混沌現象,作為例子,介紹了"埃農-黑爾斯(Henon-Heiles)勢問題"的計算研究結果.我們希望讀者能感受到經典力學中存在著的無序或混沌現象.力學系統中的混沌現象是決定論下無序運動的結果,它與統計物理中的機率不確定性有著本質的區別,力學運動的確定性中存在無序行為,而無序中卻又包含著有序的特點.KAM定理則是對此作出證實的最重要進展,本教程的最後一節將初步介紹這方面的內容.

當今科學技術的發展已進入了計算機時代,單純依靠人的腦力和解析數學的時代似平已經過去,理論物理自身的發展也是如此.我們相信以後在相關的教科書中將逐步引入計算方法和技術,以及計算機技術所帶來的其他優秀成果.為此,我們嘗試著利用計算機對有心力問題和埃農一黑爾斯勢問題進行了計算,在附錄B和附錄C中分別介紹了常微分方程初值問題的數值計算方法,並附有有心力問題的計算程式,這部分內容可作為讀者的參考材料,有興趣的讀者也可以在課外上機計算.隨著計算機的逐步普及,我們相信學生已經有條件這樣做了.在這裡,我們只是拋磚引玉而已.

不同的套用類物理專業,對理論力學內容的要求不同,安排的教學課時數就有很大差異,從36學時至72學時不等.為此,在本教程中,一些內容用小號字排版,可供選用.有些較為具體的力學問題,例如質點力學中的振動問題、拋體和約束運動問題,質點組中的撞擊問題以及拉莫爾進動等,則以例題的形式編寫,這都是為了適應各專業不同的講課學時的需要,以方便教師更為靈活地選取講授內容,沒有講授的部分則可作為讀者的課外閱讀材料.教程中還安排了較多的例題,求解步驟一般都較詳盡,以便讀者自閱.大多數例題後面附有"評註",以幫助讀者更好地理解本例題的意圖、解題的各種可能途徑以及其他應注意的地方.

每章的公式及插圖都獨立編號,例題和習題的插圖在編號前分別加有字母L和T.

本書的初稿完成於1997年底.此後在內容安排和文字上進行了少量調整和

修改.此書得以出版,除得到了教育部和高等教育出版社的支持外,還得到了復旦大學賈起民教授、南京大學柯善哲教授的支持和鼓勵.此外,對盧德馨教授、朱沛臣教授的支持及董洪光同志富有效率的工作,表示誠摯的謝意!

由於作者水平有限,書中疏漏和錯誤之處在所難免,敬請讀者批評指正.

陳世民

1999年1月於南京大學

目錄:緒 論1

第一章 牛頓力學的基本原理4

§1.1 質點運動的描寫 4

(一)參考系和坐標系 (二)質點的運動軌道 速度和加速度

(三)長度恆定的矢量轉動時的時間變化率

§1.2 牛頓定律 14

§1.3 質點運動的基本定理2S

(一)質點動量定理 (二)質點動量矩定理

(三)質點動能定理

§1.4 保守力、勢能和機械能守恆定律 32

§1.5 質點運動的相空間和相軌跡39

(一)一維簡諧振子運動的相軌跡 (二)單擺運動的相軌跡

習題42

第二章 有心運動和兩體問題 46

§2.1 有心力和有心運動46

(一)基本特性 (二)運動方程 (三)軌道微分方程

§2.2 距離平方反比引力作用下的質點運動49

(一)軌道 (二)軌道的特性

§2.3 圓軌道的穩定性54

§2.4 與距離平方成反比的斥力作用--a粒子的散射56

(一)散射軌道 散射角 (二)散射截面盧瑟福散射公式

§2.5 兩體問題 60

§2.6 任意冪有心力問題的計算 61

(一)與距離成任意冪的引力 (二)微小擾動對軌道的影響

(三)相軌跡和龐加萊面

§2.7 埃農-黑爾斯勢問題66

習題68

第三章非慣性參考系71

§3.1 相對運動 71

(一)絕對速度、相對速度和牽連速度

(二)加速度科里奧利加速度

§3.2 平動非慣性系76

§3.3 旋轉的非慣性系77

§3.4 地球自轉的效應81

(一)地面坐標系中的質點運動方程 (-二)自由落體的偏東

(三)傅科擺 (四)氣旋、熱帶風暴和信風

習題89

第四章 質點組動力學92

§4.1 質點組92

(一)內力和外力 (二)質心

§4.2 質點組的動量、角動量和動能95

(一)動量 (二)角動量 (三)動能

§4.3 質點組運動的基本定理97

(一)動量定理和質心定理 (二)角動量定理

(三)動能定理

§4.4 開放的質點組--變質量物體的運動問題105

習題 106

第五章 剛體力學109

§5.1 剛體的運動109

(一)剛體的運動及其自由度 (二)歐拉角

(三)角位移和角速度 (四)角速度的歐拉角表示

(五)剛體內任意點的速度和加速度 (六)瞬時轉動中心

§5.2 剛體的動量、角動量和動能121

(一)剛體的角動量和慣量張量 (二)剛體的動能

§5.3 剛體的動力學方程 132

§5.4 剛體的定軸轉動 134

§5.5 剛體的平面平行運動139

§5.6剛體的定點運動145

(一)基本方程

(二)坐標系完全跟隨剛體轉動時的角動量定理--歐拉方程 地球的自轉

(三)不隨剛體自旋的活動坐標系 對稱重陀螺的定點運動

(四)高速自旋陀螺的近似理論

習題 158

第六章 分析力學163

§6.1 約束、自由度和廣義坐標 163

§6.2 虛功原理166

(一)虛位移和實位移 (二)理想約束和虛功原理

(三)虛功原理的廣義坐標表述和廣義力

§6.3 拉格朗日方程172

(一)達朗貝爾原理 (二)拉格朗日方程

(三)循環坐標和廣義動量積分

§6.4 微振動184

(一)耦合擺的微振動 (二)簡正坐標

(三)一般力學系的微振動

§6.5 哈密頓函式和正則方程191

(一)哈密頓函式 (二)哈密頓正則方程

(三)泊松括弧

§6.6 哈密頓原理和正則變換200

(一)泛函和變分 (二)哈密頓原理 (三)正則變換

§6.7 不變環面和KAM定理208

(一)作用變數、角變數和不變環面 (二)KAM定理

(三)力學系運動的映射特性

習題214

附錄A 矢量218

附錄B 常微分方程的數值解法220

(一)龍格-庫塔(Runge-Kutta)方法 (二)亞當斯(Adams)多步方法

(三)米爾恩(Milne)多步方法

附錄C 有心力問題的計算和畫圖程式 226

(一)力的類型 (二)計算方法和相關的子程式

(三)主要的變數 (四)源程式

中英文索引237

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