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理论力学教程

理论力学教程. Theoretical Mechanics. 济南大学物理学院 吴 齐. Tel: 13646416627 ss_wuq@ujn.edu.cn. 绪论. 矢量力学 ( 牛顿力学 ) 以牛顿运动 定律为基础. 绪论 第一章质点力学 第二章质点组力学 第三章刚体力学 第四章转动参照系 第五章 分析力学. 以达朗伯 原理为基础. 绪论. 学习内容说明.

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  1. 理论力学教程 Theoretical Mechanics 济南大学物理学院 吴 齐 Tel: 13646416627 ss_wuq@ujn.edu.cn 绪论

  2. 矢量力学 (牛顿力学) 以牛顿运动 定律为基础 绪论 第一章质点力学 第二章质点组力学 第三章刚体力学 第四章转动参照系 第五章分析力学 以达朗伯 原理为基础 绪论

  3. 学习内容说明 • 矢量力学是以牛顿运动定律为基础.从分析质量和物体受力情况，由此探讨物体的机械运动规律。在矢量力学中，涉及的量多数是矢量，如力、动量、动量矩、力矩、冲量等。力是是矢量力学中最关键的量。 • 分析力学以达朗伯原理为基础.从分析质量和质量系的能量情况，由此探讨物体机械运动规律。分析力学中涉及的量多数是标量，如动能、势能、拉格朗日函数、哈密顿函数等。动能和势能是最关键的量。 绪论

  4. 学习成绩 • 平时成绩（20％）＋其中考试成绩 • （10％）+期末（70%） • 期末考试：闭卷 • 平时作业:习题（周衍柏理论力学） 绪论

  5. 理论力学的研究对象和主要任务 • 理论力学的任务及其研究内容 • 理论力学的研究方法 • 理论力学的发展史 • 应用 • 学习目的与要求 • 参考文献

  6. 一、理论力学的研究对象和主要任务 • 机械运动 指物体的位形随时间变化。包括 转动 滚动 平动 静止 绪论

  7. 机械运动形式 • 静止、转动、平动、滚动、流动、变形等 拉 碰撞 水流动 (质点组运动) 变形 绪论

  8. 复杂的机械运动 心脏跳动 人跑步 绪论

  9. 说明 • 机械运动形式:静止　转动　平动　滚动　流动　变形等,各种复杂的、高级的运动形态（例如心脏的运动，人跑步）都包含有这种最基本的运动形态。 • 心脏局部组织的静止，振动（非线性），心脏细胞的复杂运动，心脏整体的周期性形变。 • 人跑步（包括平动、转动、变形等运动形式的组合） 绪论

  10. 理论力学 是研究宏观物体作低速机械运动时所遵循的基本规律的一门学科。 理论力学的主要任务是： 归纳机械运动所遵循的基本规律，用以确定物体的运动情况或作用在它上面的某些力的性质。 绪论

  11. 二、理论力学的任务及其研究内容 1. 理论力学是一门理论性较强的技术基础课 专 业 课 外语 政治 技 术 基 础 课 基 础 课 2. 理论力学是很多专业课程的重要基础 例如：材料力学、机械原理、机械零件、结构力学、弹性力学 、流体力学 、机械振动等一系列后续课程的重要基础。 绪论

  12. 3.理论力学的研究内容 理论力学分为矢量力学（即牛顿力学）和分析力学两大部分。 矢量力学是以牛顿运动定律为基础，从分析质量和物体受 力情况，由此探讨物体的机械运动规律。在矢量力学中，涉及 的量多数是矢量，如力、动量、动量矩、力矩、冲量等。力是 分析力学中最关键的量。 分析力学以达朗伯原理为基础，从分析质量和质量系能量情 况，由此探讨物体机械运动规律。分析力学中涉及的量多数是 标量，如动能、势能、拉格朗日函数、哈密顿函数等。动能和 势能是最关键的量。 绪论

  13. 三、理论力学的研究方法 是从实践出发，经过抽象化、综合、归纳、建立公理，再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来验证理论的正确性。 数学演绎 逻辑推理 抽象综合 实践 定理、结论 公理 应用 绪论

  14. 观察、实验， 总结实验规律→ 建立物理模型， 提出合理假设→ 数学演译、逻辑推理，形成理论体系→ 实验验证。 • 理论力学与普通物理的力学不同点是：逻辑推理、数学演译更强。 • 主要数学要求是：微积分和解常系数微分方程。 绪论

  15. 研究方法说明 • 目前我们遇到的机械运动问题都十分复杂（如导弹的运动），常常不知道物体受力及运动情况。需要在观察、实验， 总结实验规律的基础上，建立物理模型， 提出合理假设，然后借住严密的数学工具，进行由表及里、由现象到本质的一系列逻辑推理，形成理论体系，最后由实验验证其正确性。实践-理论-实践 • 研究的次序是：先研究机械运动现象的运动学问题，然后研究运动遵循那些动力学规律。 绪论

  16. 四、理论力学的发展史 1、理论力学基础建立时期 我国—墨翟（前468-382）学派著作《墨经》有重心、力 的概念。“力，形之奋也”。有力的概念、杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度的叙述 。 地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之远也。（孙毅）, Ming dynasty 古希腊亚里士多德（前384—322）“力是维持速度的原因”。 早在(公元前287—212)古希腊阿基米德著的《论比重》就 奠定了静力学基础。发现了杠杆定律和浮力定律。 意大利的达芬奇(1452~1519)研究滑动摩擦、平衡、力矩。 波兰的哥白尼(1473~1543)创立宇宙“日心说”。 绪论

  17. 阿基米德(公元前287~212), 古希腊伟大的数学家、力学家 绪论

  18. 亚里士多德(前384-322) • 古希腊斯吉塔拉人，是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。 • 亚里士多德著作《物理学》讨论了自然哲学，存在的原理，物质与形式，运动，时间和空间等方面的问题。他认为要使一个物体运动不已，需要有一个不断起作用的原因。 绪论

  19. 伽利略奥．伽利略（Galileo Galilei,1564 - 1642） • 是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家、力学家和哲学家，也是近代实验物理学的开拓者。 • 提出了惯性和加速度这两个概念. • 做了著名的比萨斜塔实验 绪论

  20. 开普勒(1571-1630) • 是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。 • 发现了行星运动的三定律（书75页）。行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石，并导致数十年后万有引力定律的发现。 绪论

  21. 意大利的伽利略(1564~1642)自由落体规律、惯性定律及加速度的概念。 德国的开普勒(1571~1630)提出行星运动三定律。 英国伟大科学家牛顿(1643~1727)在1687年版的《自然哲学的 数学原理》一书总其大成，提出动力学的三个基本定律，万有引力定律，天体力学等。是力学奠基人。 绪论

  22. 笛卡儿(1596-1660) • 法国数学家、科学家和哲学家。 • 笛卡儿发展了伽利略的运动相对性的思想，例如在《哲学原理》一书中，举出在航行中的海船上海员怀表的表轮这一类生动的例子，用以说明运动与静止需要选择参照物的道理 绪论

  23. 艾萨克·牛顿（1642—1727） • 英国物理学家、数学家、天文学家和自然哲学家。 • 他在1687年7月5日发表的《自然哲学的数学原理》里提出了万有引力定律以及牛顿运动定律。 • 牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分。 绪论

  24. 2、理论力学的发展期 瑞士的伯努利(1667~1748)虚位移原理。 瑞士的欧拉(1707~1783)著出《力学》用微分方程研究。 法国达朗伯(1717~1785)名著《动力学专论》达朗伯原理。 法国拉格朗日(1736~1813)提出第二类拉格朗日方程。 英国数学物理学家哈密顿（1805-1865）提出哈密顿原理。 绪论

  25. 约瑟夫·拉格朗日 1735~1813） • 法国数学家、物理学家。1736年1月25日生于意大利都灵。他在数学、力学和天文学三个学科领域中都有历史性的贡献 • <分析力学>[1788]。<关于解数值方程>[1767]及<关于方程的代数解法的研究>[1771]。他还写了两部分析巨着<解析函数论>[1797]及<函数计算讲义>[1801] 绪论

  26. 泊松(1781—1840) • 法国数学家、物理学家和力学家. • 他的名著《力学教程》（2卷），发展了拉格朗日和拉普拉斯的思想. • 他对积分理论、行星运动理论、热物理、弹性理论、电磁理论、位势理论和概率论都有重要贡献。 绪论

  27. 哈密顿(1805-1865) • 爱尔兰 的力学、数学、光学 学家. • 得到了哈密顿原理、哈密顿正则方程组 、 哈密顿-雅可比方法。 绪论

  28. 3、理论力学的现代问题 1）高速（与c比）：相对论（爱因斯坦）； 2）微观粒子： 量子力学（薛定格）； 3）纳米技术：0.1—100nm尺度起关键作用。(原子直径10-10; 人头发10-4；人100) 物理学家爱因斯坦（1879-1955）创立了相对论力学，为力学学科的发展作出了划时代的贡献。 In the spring of 1917 Schrödinger was sent back to Vienna and assigned to teach a course in meteorology. He was able to continue research and it was at this time that he ublished his first results on quantum theory 力学学科极其广泛地与数学、物理、化学、天文、地学、生物等基础学科和几乎所有的工程学科相交叉、渗透，形成了大量的新兴交叉学科，使力学学科保持着旺盛的生命力。 近年来在分析力学、运动稳定性理论、非线性振动、陀螺理论等方面有了很大的发展。我国力学家如钱学森、周培源、钱伟长等也作出了突出贡献。美国刚刚研制出的10倍音速的飞机就是根据钱学森在上个世纪50年代提出的理论研发的。 绪论

  29. 五、应用 工程方面的应用 飞向宇宙 卫星发射 绪论

  30. 工程方面的应用 导弹汽车飞机 等的制造 计算机硬盘设计 绪论

  31. 工程方面的应用 水坝、桥梁、建筑屋 的 设计与施工 绪论

  32. 生活方面的应用 各种体育比赛 绪论

  33. 还有那 些应用？ 生活方面的应用 骑车 机器人 绪论

  34. 发射卫星和飞船需要计算用理论力学计算推理及姿态控制。发射卫星和飞船需要计算用理论力学计算推理及姿态控制。 • 计算机硬盘设计解决数据存储与读取。 • 汽车飞机等的制造需要用理论力学解决结构强度的安全问题。 • 水坝、桥梁、建筑屋的 设计与施工涉及安全性，他们与力有关，解决承载力等问题。 • 骑单车用到了刚体运动知识 • 用锄头挖东西(杠杆原理和冲量定理) • 用锤子敲石头。 用滚的方式移动东西而不是推。 绪论

  35. 六、学习目的与要求 直接应用本课程理论或者与其它专业知识共同应用来解决工程中一些问题。 为后继课程如电动力学、量子力学、热力学以及许多工科课程的学习打下重要基础。 通过理论力学的学习有助于培养辩证唯物主义世界观，培养正确的分析问题和解决问题的能力，为以后解决生产实践问题、从事科学研究工作打下基础。 绪论

  36. 学习要求 • 尽量做到课前预习要讲的内容，提高听课效率。 • 上课认真听课做笔记。对于不清楚的地方大胆提问。 • 独立完成作业。目前我校图书馆有各种理论力学书，可以根据实际情况借阅。如果自己有电脑，可以通过我校图书馆下载有关理论力学的电子图书。按时交作业。 • 注意:学习理论力学课程更重要的是对物理概念的掌握与理解，学习处理问题的思想与方法，仅盲目的做题目或者阅读现成的答案，很难达到理想的结果) 绪论

  37. 七、参考书目： 1、《理论力学》上、下册，朱照宣等，2006，北京大学出版社 2、《理论力学》孙玉君，1996，苏州大学出版社 3、《经典力学》金尚年，1987，复旦大学出版社 4、《理论力学教程学习辅导书》张宏宝编，高等教育出版社 5、《理论力学》张建树等，2005，科学出版社 6、《经典力学》李德明等，2006，高等教育出版社 7、《理论力学》Engineering Mecganics Arthur P.Boresi，Richard J.Schmidt著，2005，重庆大学出版社 8、理论力学理论与题解 —洪铭熙著,山东科学技术出版社 绪论到此结束 绪论

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