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理论力学

理论力学(Theoretical Mechanics)是研究物体机械运动一般规律的科学。作为经典力学的核心分支,它为物理学和工程技术奠定了坚实的理论基础。本课程系统介绍静力学、运动学和动力学三大部分,培养学生运用力学原理分析和解决工程实际问题的能力。

课程定位与目标

理论力学是工科院校机械、土木、航空航天等专业的核心技术基础课程,具有承上启下的重要作用:

课程结构总览

本课程共分为十四章,系统覆盖理论力学的完整体系:

第一部分:静力学(Statics)

研究物体在力系作用下的平衡条件及其应用。

  1. 第一章 静力学基础 —— 力的概念、静力学公理、约束与约束力
  2. 第二章 平面力系 —— 平面汇交力系、力矩、平面任意力系
  3. 第三章 空间力系 —— 空间汇交力系、力矩、空间任意力系
  4. 第四章 摩擦 —— 滑动摩擦、滚动摩擦、摩擦角与自锁

第二部分:运动学(Kinematics)

从几何角度研究物体的运动规律,不涉及力和质量。

  1. 第五章 点的运动学 —— 矢量法、直角坐标法、自然法
  2. 第六章 刚体的简单运动 —— 平移、定轴转动
  3. 第七章 点的合成运动 —— 相对运动、牵连运动、科氏加速度
  4. 第八章 刚体的平面运动 —— 基点法、瞬心法、加速度分析

第三部分:动力学(Dynamics)

研究物体的运动与作用力之间的关系。

  1. 第九章 质点动力学 —— 牛顿定律、质点运动微分方程
  2. 第十章 动量定理 —— 动量、冲量、动量定理、质心运动定理
  3. 第十一章 动量矩定理 —— 动量矩、转动惯量、刚体定轴转动微分方程
  4. 第十二章 动能定理 —— 动能、功、动能定理、功率方程
  5. 第十三章 达朗贝尔原理 —— 惯性力、动静法
  6. 第十四章 虚位移原理 —— 虚位移、理想约束、虚功原理

学习方法指导

1. 理解物理概念

理论力学不是单纯的公式推导,每个定理和公式都有其深刻的物理意义。学习时应:

2. 重视数学工具

理论力学大量运用矢量代数、微积分、微分方程等数学工具:

3. 注重解题训练

理论力学学习离不开大量习题练习:

4. 建立知识体系

建议学习过程中绘制知识框架图:

常用符号说明

符号 含义 单位
$F$ N (牛顿)
$m$ 质量 kg (千克)
$a$ 加速度 m/s²
$v$ 速度 m/s
$r$ 位置矢量 m
$\omega$ 角速度 rad/s
$\alpha$ 角加速度 rad/s²
$J$ 转动惯量 kg·m²
$p$ 动量 kg·m/s
$L$ 动量矩 kg·m²/s
$T$ 动能 J (焦耳)
$W$ J (焦耳)
$t$ 时间 s (秒)
$g$ 重力加速度 9.8 m/s²

推荐参考书目

公式速查表

静力学核心公式

$$\vec{F}_R = \sum \vec{F}_i$$

$$\vec{M}_O = \vec{r} \times \vec{F}$$

$$\sum F_x = 0, \quad \sum F_y = 0, \quad \sum M_O = 0$$

运动学核心公式

$$\vec{v} = \frac{d\vec{r}}{dt}, \quad \vec{a} = \frac{d\vec{v}}{dt} = \frac{d^2\vec{r}}{dt^2}$$

$$v = \dot{s}, \quad a_\tau = \ddot{s}, \quad a_n = \frac{v^2}{\rho}$$

$$\vec{v}_a = \vec{v}_e + \vec{v}_r$$

$$\vec{a}_a = \vec{a}_e + \vec{a}_r + \vec{a}_C, \quad \vec{a}_C = 2\vec{\omega}_e \times \vec{v}_r$$

动力学核心公式

$$\vec{F} = m\vec{a}$$

$$\frac{d\vec{p}}{dt} = \vec{F}^{(e)}, \quad \vec{p} = \sum m_i\vec{v}_i$$

$$\frac{d\vec{L}_O}{dt} = \vec{M}_O^{(e)}$$

$$T_2 - T_1 = \sum W_{12}$$

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本页面最后更新: 2024年2月