0理论力学

学习要求
1. 尽量做到课前预习要讲的内容，提高听课效率。 2. 上课认真听课做笔记。对于不清楚的地方大胆 提问。 3. 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。 4. 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 )
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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。
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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。
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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。
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伽利略奥．伽利略
（Galileo Galilei,1564 - 1642）
四、应用
飞向宇宙
卫星发射
• 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
计算机硬盘设计
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
导弹汽车飞机 等的制造
水坝、桥梁、 建筑屋的 设计与施工涉 及安全性，它们与力有关， 解决承载力等问题
生活方面的应用
各种体育比赛
• 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。
二、理论力学的研究方法
（a）运动学：运动学涉及运动的几何性质。 （b）动力学：动力学涉及运动的物理原因。 （c）静力学：物体处于静止状态下所遵循的 条件。
理论力学教程
编著者：周衍柏
推荐参考书：
版社
1、张宏宝编《理论力学教程学习辅导书》高等教育出 2、蒋士亮编《理论力学学习导引》广西师大出版社 3、姚德生编《理论力学习题分析与解答》水利出版社 4、沈光平编《理论力学》云南大学出版社
历史可以考证
在墨子生活的年代，即春秋末年战国初年， 我国已经比较大量地使用天平和杆秤，用 以称量物体的重量。1954பைடு நூலகம்，在湖南长沙 左家公山出土的春秋末至战国初的楚墓中， 有大量的天平和砝码。
②
阿基米德(公元前287~212), 古希腊伟大的数学家、力学家， 静力学奠基人。发现了杠杆定律 和浮力定律。
生活方面的应用
还有哪 些应用？
骑车 骑单车用到了刚体 运动知识 地震仪
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.
五.理论力学与普通力学的联系与区别
〈1〉二者同属于经典力学范畴，它们的一切 概念、规律都是建立在四个独立的“绝对化” 的概念基础上的 。 〈2〉从字面上讲一个是“理论”一个是“普 通”可见前者是后者的延续提高，后者是前 者的基础
延续

所谓延续就是用普通力学中建立起的一些 基本概念和规律作为基础，以演绎的形式 使用更为严密的数学论证方法，进一步研 究物体运动中各个量之间的关系推出更一 般的规律，更细致、更深刻、更真实地描 述物体运动状态及物理量的关系。
提高

在处理方法上“提高” ：理论力学主要 以微积分、常微分方程和矢量分析作为数 学工具；而普通力学多采用代数方程和简 单的微积分作为主要数学工具。
除此之外一些物理模型的概念、规律的相 对性更加突出，开始了物理量由绝对到相 对的转变；一些物理量的矢量性加突出； 一些物理量的瞬时性意义更加突出，研究 的物理量由常量变为变量。

〈3〉从逻辑方法上讲 “普通力学”侧重于 归纳（归纳：由一系列具体的事实概括出一 般原理），而“理论力学”则侧重于演绎 （演绎：由一般结论原理推出特殊情况下的 结论）。
⑥ 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
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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。
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。
机械运动形式
• 转动、平动、滚动、流动、变形等
拉伸
碰撞
水流动 (质点组运动)
变形
复杂的机械运动
心脏跳动
人跑步
说明
• 机械运动形式: 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）
由此可以看出，“力，刑之所以奋也。”这句话， 与牛顿第二运动定律（在直线运动的情况下） F=ma，就定性的意义上来说是一致的。这就是说， 早在2400年前，《墨经》就已经正确地阐明了力 的概念。
[上经39]：久，弥异时也
意思是：久（宙），遍指各种不同的时间， 包括古往今来，朝朝暮暮，时时刻刻。
[上经40]：宇，弥异所也
分类：按研究对象分为质点力学、
质点组力学、刚体力学
数学知识：微积分、常微分方程、矢量分析
三、发展简史
①
我国—墨翟（前468-382）学派著作 《墨经》有力的概念、杠杆平衡、重心、 浮力、强度、刚度的叙述 。
[上经21]：力，刑之所以奋也
意思：力是使物体产生加速度的原因。重量也 是力。物体所作的下坠、上举的运动，都是在 重力的作用下所产生的加速度而进行的。
• 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
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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 。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。
学习内容
• 第一章 • 第二章 • 第三章 • 第四章 • 第五章 质点力学 质点组力学 刚体力学 转动参照系 分析力学
矢量力学 (牛顿力学) 以牛顿运动 定律为基础 以达朗伯 原理为基础
学习成绩
平时成绩（10 ） 课程论文（10） 期末考试（80）
期末考试：闭卷
绪论
• 一、理论力学的研究对象和主要任务 • 二、理论力学的研究方法 • 三、发展简史 • 四、应用 • 五、理论力学与力学的区别与联系 • 六、适用范围 • 七、学习目的与要求
六.理论力学的适用范围
• 适用于：宏观、低速的运动物体。

不适用于：微观、高速的运动物体。
七、学习目的与要求 目的
• 应用本课程理论或者与其它专业知识共同 解决复杂力学中一些问题。 • 为后继课程如电动力学、量子力学、热力 学统计物理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。
意思是：宇，遍指各种不同的处所空间，包 括上下左右、东南西北。
[上经50]：止，以久也
意思是：运动物体之所以会停下来时因为 受到阻力作用的缘故。
[下经25]：衡而必正，说在得
意思是：天平称物，一定要达到平衡，要点在 于砝码要放的合适。天平平衡以后再向某一边 增加重量，天平必然下垂而失去平衡，因为砝 码和物体的重量所起的作用是相同的。对于杠 杆来说，由于其重臂较短而力臂较长，所以当 两边加上同样的重量时，力臂一端必然下垂。 这是因为在力臂一边的重量起秤砣一样的作用 而占优势的缘故。
力学发展史简图
阿基米德
墨翟 亚里士多德
从17世纪初到19 世纪末，理论力
伽利略 笛卡儿 牛顿 拉格朗日 泊松
开普勒
的建立和完善化
近代力学
哈密顿
现代力学
说明
• 从1900年到1960年，近代力学，它和工程技术特别是 航空、航天技术密切联系 • 1960年以后，现代力学，力学同计算技术和自然科学 其他学科广泛结合。 • 力学各主要分支有：一般力学、固体力学、流体力学 。 属于一般力学的有理论力学（狭义的）、分析力学、外弹 道学、振动理论、刚体动力学、陀螺力学、运动稳定性等。 属于固体力学的有早期形成的材料力学、结构力学，稍后 形成的弹性力学、塑性力学 。 • 力学在工程技术方面的应用结果形成工程力学或应用力学 的各种学科分支， 诸如土力学、岩石力学、爆炸力学、 复合材料力学、工业空气动力学、环境空气 动力学等。 • 力学和其他基础科学的结合出现更多的交叉分支，其中有 物理力学、 物理－化学流体动力学、等离子体动力学、 电流体动力学、磁流体力学、热弹性力 学、理性力学、 生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球构 造动力学、 地球流体力学等。
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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]