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1、理论力学环建学院土建系 主讲教师：罗冬梅 010年9月 Email : 13106657686 QQ: 1029172122机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化。它是物质运动的最简单形式。例：机器的运转、车辆的行驶、人造卫星的飞行、建筑物的振动等等，都是机械运动。一、理论力学的研究对象理论力学：是研究物体机械运动一般规律的一门科学。绪论质点刚体质点组1. 理论力学是一门理论性较强的技术基础课专 业 课技 术 基 础 课基 础 课二、理论力学的任务(目的）及其研究内容2. 理论力学是很多后续课程及专业课程的重要基础材料力学、结构力学、弹性力学 、水力学、土力学 、钢 筋混凝土结构设计等一系列
2、后续课程的重要基础。它在专业课和基础 课间起到了桥梁作 用学习理论力学的主要目的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。为后继课程的学习打下重要基础。3. 直接解决工程技术中的问题运用理论力学的基本知识结合其它有关的课程，解决工程技术中的实际问题；此外，理论力学的学习还有助于培养辩证唯物主义世界观，树立正确的思想方法和提高分析问题与解决问题的能力。建立物体的运动与作用在它上面的各种力之间的相互关系理论力学的主要任务 归纳机械运动所遵循的基本规律，分析物体的受力特点；确定物体的运动情况；为以后解决生产实践问题、从事科学研究工作打下基础。研究受力物体的运动变化与作用力之间
3、的关 系。 动力学：4. 理论力学的研究内容 静力学：研究物体在力系作用下的平衡规律，同时也研究力的一般性质和力系的简化方法等。 运动学：研究物体运动的几何性质，而不研究引起物体运动的原因。杆件、房屋结构、桥梁结构、地基基础等等都离不开受力分析建筑物的爆破拆除、结构抗震分析等理论力学基本内容静力学 第1章 静力学公理和物体的受力分析 静力学 第2章 平面汇交力系与平面力偶系 静力学 第3 章 平面任意力系 静力学第4章 空间力系 静力学 第5章 摩 擦 运动学 第6章 点的运动学 运动学 第7章 刚体的简单运动 运动学 第8章 点的合成运动 运动学 第9章 刚体的平面运动动力学 第10章 质点
4、动力学基本规律 动力学 第11章 动量定理 动力学 第12章 动量矩定理 动力学 第13章 动能定理 动力学 第14章 达朗贝尔原理(动静法) 动力学 第15章 虚位移原理三、理论力学的研究方法1.通过观察生活和生产实践中的各种现象，经多次科学实验，通过分析、综合和归纳，总结出力学最基本的规律。2.在观察和实验的基础上，经过抽象化建立力学模型，形成概念，在基本规律的基础上，经过逻辑推理和数学演 绎，建立理论体系。3.将理论力学的理论用于实践,在解释世界、改造世界中不断得到验证和发展。主要数学要求：微积分和解常系数微分方程。研究的次序物体受力情况分析 机械运动现象的运动学问题运动遵循那些动力学规
5、律三、理论力学发展简史阿基米德(公元前287212),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。 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 。“力，形之奋也”.论比重奠定了静力学基础。意大利的达芬奇(14521519)研究滑动摩擦、平衡、力矩。w 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。 w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。亚里士多德(前384-322)伽
6、利略奥伽利略 （Galileo Galilei,1564 - 1642） w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 。 w提出了惯性和加速度这两 个概念.w做了著名的比萨斜塔实验 自由落体规律亚里斯多德与伽利略w亚里士多德是希腊古典文化的集大成者。他的著作是古代的百科全 书，据说有400到1000部，与物理学关系密切的有：物理学、 论天、起源与衰变、气象学。 w亚里士多德认为两个物体以同一高度落下，重的比轻的先着地 , 1590年，伽利略在比萨斜塔公开作了落体实验，验证了亚里士多德 的说法是错误的 . w亚里士多德最重要的贡献是创造了这门
7、物理这门学科的名称-“物 理” ,从月食和星座的变迁中推证了地球是圆形的 w伽利略在25岁时被比萨大学的数学教授。两年后，伽利 略因为著名的比萨斜塔实验，触怒了教会，失去这份工 作。 w伽利略离开比萨大学后， 1592年，伽利略来到威尼斯的 帕多瓦大学任教，开始了他科学活动的黄金时期。在这 一时期，他研究了大量的物理学问题，如斜面运动、力 的合成、抛射体运动等。 w1613年，他在罗马发表了论太阳黑子。该书以书信 形式明确指出了哥白尼学说是正确的，托勒密学说是错 误的。由此伽利略触怒了教会，开始受到宗教裁制所的 审讯。开普勒(1571-1630) w是德国近代著名的天文学 家、数学家、物理学家
8、和 哲学家。 w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。笛卡儿(1596-1660) w法国数学家、科学家和 哲学家。 w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 择参照物的道理艾萨克牛顿（16421727）w英国物理学家、数学家 、天文学家和自然哲学 家。 w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。 w牛顿还和莱布尼茨各自 独立地发明了微积分。约瑟夫拉格朗日 173
9、51813） w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 w1788。1767及1771。他还写了两 部分析巨着1797及1801泊松(17811840)w法国数学家、物理学家 和力学家.w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 . w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。哈密顿 (1805-1865)w爱尔兰 的力学、数 学、光学 学家.w得到了哈密顿原理 、哈密顿正则方程 组 、 哈密顿-雅可比方法。 力学发展史简图 阿基米德从17世
10、纪初到19 世纪末，理论力的建立和完善化 墨翟亚里士多德伽利略伽利略开普勒开普勒 笛卡儿笛卡儿牛顿牛顿拉格朗日拉格朗日泊松泊松哈密顿哈密顿公元前近代力学 现代力学 说明w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 w 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。 w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 。 w力学在工程技术方面的应用结果形
11、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 。 w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。 四、应用工程方面的应用-航空航天飞向宇宙 卫星发射计算机硬盘设计导弹汽车飞机 等的制造水坝、桥梁、建筑屋 的 设计与施工生活方面的应用各种体育比赛骑车地震仪心脏跳动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
12、。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。 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 )学习成绩w平时成绩（20）期中考试成绩（10）+期末（70%）w期末考试：闭卷w平时作业:习题学好理论力学的捷径1、理论掌握；概念清楚；方法熟练。2、足够数量的练习。w一 静力学公理和物体的受力分析w二 平面汇交力系与平面力偶 系w三 平间任意力系w四 空间力系w五 摩擦第一篇 静力学
13、1-1 基本概念 1-2 静力学公理 1-3 约束与约束力 1-4 物体的受力分析与受力图 第1章 静力学公理和物体的受力分析 刚体:理想化的力学模型,在力的作用下不变形的物体 . 力:力是物体间的相互作用, 这种作用使物体的运动状 态 (外效应(位移)和形状发生(内效应)改变。力的三要素:力的大小，方向和作用点。力是矢量.力系: 作用在物体上的一组力.平衡力系: 使物体保持平衡或运动状态不变的力系， 平衡物体上作用的力系就是平衡力系 .1-1 基本概念 公理1: 力的平行四边形法则 作用在物体上同一点的两个力，可以 合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向 由这两个力矢为边所构成的平
14、行四边形的对角 线确定.1-2 静力学公理合力矢也可用力三角形求得, 此公理表明了最简单 力系的简化规律，是复杂力系简化的基础。公理2: 二力平衡条件作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡的必 要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反 ，且作用在同一直线上. 最简单力系的平衡条件*在两个力作用下平衡的刚体二力构件二力构件受力沿力作用点连线方向！ABAB二力构件承受外力与本身形状无关.公理3: 加减平衡力系原理 在作用于刚体上的已知力系中，加上或去掉任 意的平衡力系，并不改变原力系 对刚体的作用。推理1 力的可传性作用于刚体上某点的力，可以沿其作用线移至刚 体内任一点，而不改变它对于刚体的作用。
15、作用在刚体上的力是滑动矢量，力的三要素为 大小、方向和作用线。ABAB当刚体受三个力的作用且这三个力构成平衡力系，若其 中两个力的作用线汇交于一点，则第三个力作用线必交 于同一点，且三个力 的作用线在同一平面内。推理2 三力平衡汇交定理公理4: 作用和反作用定律作用力和反作用力总是同时存在，同时消失，等 值、反向、共线，作用在相互作用的两个物体上。 在画物体受力图时要注意此公理的应用。ABAB公理5:刚化原理在某一力系作用下,变形体处于平衡，如将此 变形体刚化为刚体，则平衡状态不变.柔性体（受拉力平衡）刚化为刚体（仍平衡）反之不一定成立，因对刚体平衡的充分必要条件， 对变形体平衡是必要的但非充分的。刚体（受压平衡）柔性体（受压不能平衡）w自由体：位移不受限制的物体叫自由体。 w非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。 w约束：对非自由体的某些位移起限制作用的条件称为约束.(即构成限制条件的物体.) w约束(反)力：约束给被约束物体的作用力叫约 束反力，简称反力,是约束的体现 。 w约束(反)力特点:大小常常是未知的;方向总是与约束限制的物体的(相对)位移方向相反; 作用点在物体与约束相接触的那一点。 w主动力：促使物体运动或有运动趋势的力，在理论力学中它作为已知条件给出。1-3 约束与约束力1,柔索约束(由柔软无重的绳索,胶带或链条
