本書(shū)是我們?cè)诙嗄杲虒W(xué)研究、改革的基礎(chǔ)上, 結(jié)合中北大學(xué)力學(xué)學(xué)科部的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)而成的。上一版的出版已經(jīng)過(guò)去多年, 隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn), 將新技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合, 解決理論力學(xué)教學(xué)中表現(xiàn)突出的學(xué)時(shí)少、教學(xué)任務(wù)重的矛盾, 做到既節(jié)省授課學(xué)時(shí), 又不降低課程的基本要求, 同時(shí)能充分利用碎片時(shí)間幫助學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí), 是我們常年思考的問(wèn)題。多年的教學(xué)實(shí)踐使我們認(rèn)識(shí)到, 對(duì)于本科的教學(xué)內(nèi)容, 課程體系改革要從整體人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)來(lái)更新教學(xué)內(nèi)容和優(yōu)化課程體系。通過(guò)研究與實(shí)踐, 我們對(duì)第2 版教材進(jìn)行了較大力度的改革, 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1. 靜力學(xué)部分基本保留原書(shū)的體系, 但將原來(lái)的“摩擦” 一章改編為“考慮摩擦?xí)r的平衡問(wèn)題” 一大節(jié)內(nèi)容, 之所以這樣改, 是考慮到這部分內(nèi)容的本質(zhì)仍是在講平衡問(wèn)題, 只是增加了摩擦力。另外, 對(duì)一些概念做了修訂, 比如“平面內(nèi)力對(duì)點(diǎn)之矩” 這個(gè)概念, 上一版說(shuō)它是代數(shù)量, 但這是值得商榷的, 因?yàn)椴还苁瞧矫鎯?nèi)力對(duì)點(diǎn)之矩還是空間力對(duì)點(diǎn)之矩, 都是力對(duì)點(diǎn)之矩, 而力對(duì)點(diǎn)之矩不可能既是矢量又是代數(shù)量, 所以本書(shū)認(rèn)為平面內(nèi)力對(duì)點(diǎn)之矩也是矢量, 只不過(guò)在平面力系的特殊情況下, 這個(gè)矢量始終垂直于力所在的平面, 如果規(guī)定了正方向, 通過(guò)投影的正負(fù)號(hào)就可以知道平面內(nèi)力對(duì)點(diǎn)矢量的方向。這個(gè)概念的改寫(xiě)導(dǎo)致了與此相關(guān)的靜力學(xué)內(nèi)容全部重寫(xiě), 尤其是平面力系的平衡。
2. 運(yùn)動(dòng)學(xué)部分改動(dòng)較大。運(yùn)動(dòng)學(xué)采用了兩條主線去研究。一是將矢量方法貫徹到底, 將剛體平面運(yùn)動(dòng)一章也采用矢量方法描述,而不需要先講復(fù)合運(yùn)動(dòng)然后才能講剛體平面運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)理論力學(xué)教材都是采用矢量方法研究點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、剛體的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的, 而剛體的平面運(yùn)動(dòng)則采用復(fù)合運(yùn)動(dòng)的方法, 對(duì)于這一點(diǎn), 我們一直覺(jué)得很奇怪, 也在多年前就和其他主要作者探討過(guò), 但由于各種原因一直未能動(dòng)筆去寫(xiě); 二是將復(fù)合運(yùn)動(dòng)的方法貫徹到底, 采用復(fù)合運(yùn)動(dòng)的方法, 不僅研究點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng), 還研究剛體的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。先采用矢量方法研究清楚點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和剛體運(yùn)動(dòng), 在此基礎(chǔ)上再研究點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)和剛體的復(fù)合運(yùn)動(dòng), 學(xué)生就能掌握各種運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系, 進(jìn)而更深刻地認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)。
3. 在動(dòng)力學(xué)部分, 將平面運(yùn)動(dòng)剛體對(duì)某點(diǎn)動(dòng)量矩的計(jì)算提到了概念部分講授,這樣, 學(xué)生一開(kāi)始就能夠?qū)ζ矫孢\(yùn)動(dòng)剛體對(duì)某點(diǎn)的動(dòng)量矩概念及計(jì)算有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí), 而不是只讓學(xué)生記公式。這樣做也會(huì)使動(dòng)量矩定理的講授更流暢。但本書(shū)并沒(méi)有引入慣量張量來(lái)一般地描述動(dòng)量矩, 而是在動(dòng)平衡一節(jié)稍加涉及, 這樣做是為了不增加一般院校學(xué)生學(xué)習(xí)的難度而又能滿(mǎn)足基本的工程需要。在講授動(dòng)量矩定理時(shí), 研究了在慣性系和非慣性系中對(duì)任意動(dòng)點(diǎn)的動(dòng)量矩定理, 而將對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理作為特例, 這樣做的好處是使學(xué)生可以更靈活地應(yīng)用。
在分析力學(xué)中, 將約束進(jìn)行了更為細(xì)致的分類(lèi), 將完整約束下和非完整約束下的自由度概念進(jìn)行了統(tǒng)一, 即用獨(dú)立的虛位移個(gè)數(shù)定義自由度, 這樣做的好處是可以和后續(xù)的課程統(tǒng)一。
在多年的課程建設(shè)中, 我們還積累了一些自制的理論力學(xué)課程視頻和動(dòng)畫(huà), 將這些視頻和動(dòng)畫(huà)上傳到網(wǎng)絡(luò), 可方便學(xué)生自學(xué)及課后復(fù)習(xí); 同時(shí)為了方便同行教師選用, 本書(shū)還配有相應(yīng)的CAI 課件。
本書(shū)由曹詠弘擔(dān)任主編, 并負(fù)責(zé)總體框架的設(shè)計(jì)和全書(shū)的統(tǒng)稿工作。力學(xué)學(xué)科部的大部分教師都參加了本書(shū)的編寫(xiě), 具體分工為: 前言, 緒論, 第1~3、6、13、17 章由曹詠弘執(zhí)筆; 第4、5 章由孫華東執(zhí)筆; 第7、8 章由李海濤執(zhí)筆; 第9、12章由常列珍執(zhí)筆; 第10、11 章由高經(jīng)武執(zhí)筆; 第14、15 章由薛春霞執(zhí)筆; 第16章及附錄由關(guān)學(xué)峰執(zhí)筆, 本書(shū)全部動(dòng)畫(huà)由關(guān)學(xué)峰負(fù)責(zé)制作。
限于編者的水平和經(jīng)驗(yàn), 書(shū)中還會(huì)有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤, 墾請(qǐng)同行專(zhuān)家和廣大讀者批評(píng)指正。
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