
高等院校机械、土建、水利、航空和力学等专业的物理(力学部分)、理论力学、工程力学的教材、技术人员
作为第一门力学课程,工程矢量力学的主要目标是,提高工科专业学生用简单的、逻辑的方式分析力学问题的能力,以及通过对一些基本原理的透彻理解,提高解决力学问题的能力。本书适用于大学二年级或三年级学生的静力学和动力学课程的教学,希望本书能帮助教师实现上述目标。 本书第一部分介绍的矢量分析,将贯穿整个静力学和动力学的学习过程。这种矢量方法可以简化力学基本原理的推导,使三维静力学问题求解更简单,也使得分析那些不能用标量方法求解的运动学和动力学问题成为可能。当然,本书的重点仍然是正确理解力学原理,及其在工程问题中的应用,矢量分析则只是一种方便的工具。 本书的特点之一是将质点力学从刚体力学中分出来,这就能够比较早地研究简单的实际应用问题,而比较难的概念可以稍后再讲。例如:静力学中质点静力学讲得最早,在介绍矢量加减法之后,马上可以应用质点平衡原理研究仅包括共点力的实际问题。然后介绍刚体静力学,同时引入两个矢量的标量积和矢量积,并用以定义力对点的矩和对轴的矩。在动力学中也利用了类似的办法。力、质量、加速度、功、能、冲量和动量这些基本概念都是首先针对质点引入和使用的。因此,在对刚体运动进行分析之前,学生可以熟练掌握三种动力学基本方法,并充分认识到各种方法的优点。 因为本课是第一门关于动力学的课程,新概念都从简单情况引入并逐步深入讲解,另一方面,通过广泛讨论和强调一般的应用方法,使得定义逐步完善。例如:势能的概念在讨论保守力的一般情形时给出。又如,由刚体平面运动自然而然地过渡到刚体在空间中的一般运动。在运动学和动力学中,外力与有效力相等的原理直接用于分析平面运动,然后很容易推广到研究三维运动。 应该强调一个事实,力学本质上是基于几个基本原理的演绎科学,公式推导逻辑严谨。但是,学习过程大部分是归纳过程,首先考虑简单应用。因此,质点动力学在刚体动力学之前,动力学基本原理首先用于求解学生更容易理解的二维问题(16章和17章),而三维问题到18章才讲。 《工程矢量力学》第6版的这个版本(即国际单位制版的第3版——译者注),仍然像前4版那样统一介绍动力学定理。线动量和角动量的概念在第12章就介绍了,所以牛顿第二定律不仅可以表示为常见的F=ma形式,而且可以分别给出作用在质点上的合力和合力矩与线动量和角动量的变化率之间的关系。这就能更早地讨沦角动量守恒以及质点在有心力作用下的运动(见12.9节)。更为重要的是,这些可以推广到研究质点系的运动(第14章),还可以给出处理刚体二维和三维运动(第16章、18章)的简明统一的方法。 隔离体受力图在静力学中介绍较早,受力图不仅可用于平衡问题,而且可用于表示力系或更一般的矢量系等价的问题,在研究刚体动力学时其优点也是显然的,它可以用于求解二维和三维问题。强调“受力图方程”比强调代数运动方程,可以更直观更全面理解动力学基本定理。这样的处理在1962年第1版的《工程矢量力学》中就已使用,被美国力学教师广泛接受。因此这一版中解决简单问题时,这种方法比动静法和运动方程更常用。 本书有很多用星号表示的选讲章节,它们完全可以从力学课程的核心内容中分离出来,不讲这些内容不会影响对其他内容的理解。选讲内容包括直线运动的几何法、有心力作用下质点的轨迹、流体流动的偏转、火箭和推进器的问题、三维刚体运动学和动力学、阻尼机械振动、电比拟。三年级的学生会对这些内容特别感兴趣。 除了代数、三角和初等运算,本书内容不要求其他预备知识,本书所需的矢量代数的知识在第2和第3章都有详细的介绍。但是,需要更多计算知识的特殊问题和章节,如19.8节和19.9节的有阻尼振动,只有数学基础较好的学生可以阅读。 每章开头都简要介绍本章的目的和内容,以及相应工程问题的背景材料。课文分成若干单元,每个单元包括一个或几个理论内容、一个或几个例题和大量习题。每个单元都是组织好的一个专题,一般可以作为一次课的内容。不过,有些情况下教师愿意花更多的时间讲这些内容。每章结尾给出本章内容总结。页边注释可以帮助学生复习,交叉引用提醒学生特别注意的问题。 例题采用相同的格式,学生作业也将采用这种格式。因此,例题兼有两种功能:补充理论内容和演示整洁规范的作业格式。 在每次课的内容之后,在例题与习题之间增加了一节“解题指导”,其目的是帮助学生按自己的思路总结前述理论内容和例题的解题方法,顺利完成课外作业,也包括——些帮助学生更有效地完成作业的建议和对策。 大部分习题是工科学生感兴趣的实际问题。但是这些习题是用来验证理论内容,帮助学生理解基本力学原理的。按照需要验证的理论内容将习题分成组,并按难度增加的顺序排好。需要特别注意的习题用星号表示。70%的习题在书后给出了答案,没有答案的习题用斜体序号表示。 随着工科课程增设计算机编程内容以及个人计算机或主机终端在大学里的普及,使得工科学生可以解一些具有挑战性的动力学问题。以前由于需要大量的计算,这些问题在大学生课程中根本无法研究,在这一版《工程矢量力学:动力学》的每章习题中都有一些需要借助汁算机求解的,包括确定质点在不同初始条件下的运动、机构的运动学和动力学分析,或者各种运动微分方程的数值积分。研究解决力学问题需要的算法对学生有两个好处:(1)帮助学生更好地理解相应的力学原理;(2)给学生提供应用在计算机课程中掌握的技能去解决工程问题的机会。 最后,作者感谢Elliot Eisenberg教授,感谢他为本书提供了大量的具有新意和挑战性的习题,同时感谢那些提供了大量的意见和建议的《工程力学》和《工程矢量力学》的读者们。特别感谢他们提供了很多新的有挑战性的习题。作者衷心感谢使用前几版《工程力学》和《工程矢量力学》的读者提出的有益的意见和建议。 国外高校优秀教材审定委员会 主任委员: 杨叔子 委员(按姓氏笔画为序) 王先逵、王大康、白峰彬、史荣昌、朱孝禄、陆启韶、张润琦、张策、张三慧、张福润、张延华、吴宗泽、吴麒、宋心琦、李俊峰、佘远斌、陈文楷、陈立周、俞正光、赵汝嘉、章栋恩、黄永畅、谭泽光
译者简介
译者的话
作者的话
前言
符号表
第11章 质点运动学
质点的直线运动
质点的曲线运动
第12章 质点动力学:牛顿第二定律
第13章 质点动力学:能量和动量法
第14章 质点系
第15章 刚体运动学
第16章 刚体平面运动:力和加速度
第17章 刚体平面运动:能量和动量方法
第18章 刚体三维动动动力学
第19章 机械振动
无阻尼振动
有阴尼振动
习题答案
附录
教师反馈表