本书是我们在多年教学研究、改革的基础上, 结合中北大学力学学科部的教学经验编写而成的。上一版的出版已经过去多年, 随着新技术的不断涌现, 将新技术与教学相结合, 解决理论力学教学中表现突出的学时少、教学任务重的矛盾, 做到既节省授课学时, 又不降低课程的基本要求, 同时能充分利用碎片时间帮助学生进行有效学习, 是我们常年思考的问题。多年的教学实践使我们认识到, 对于本科的教学内容, 课程体系改革要从整体人才培养目标出发来更新教学内容和优化课程体系。通过研究与实践, 我们对第2 版教材进行了较大力度的改革, 主要表现在以下几个方面:1. 静力学部分基本保留原书的体系, 但将原来的“摩擦” 一章改编为“考虑摩擦时的平衡问题” 一大节内容, 之所以这样改, 是考虑到这部分内容的本质仍是在讲平衡问题, 只是增加了摩擦力。另外, 对一些概念做了修订, 比如“平面内力对点之矩” 这个概念, 上一版说它是代数量, 但这是值得商榷的, 因为不管是平面内力对点之矩还是空间力对点之矩, 都是力对点之矩, 而力对点之矩不可能既是矢量又是代数量, 所以本书认为平面内力对点之矩也是矢量, 只不过在平面力系的特殊情况下, 这个矢量始终垂直于力所在的平面, 如果规定了正方向, 通过投影的正负号就可以知道平面内力对点矢量的方向。这个概念的改写导致了与此相关的静力学内容全部重写, 尤其是平面力系的平衡。
2. 运动学部分改动较大。运动学采用了两条主线去研究。一是将矢量方法贯彻到底, 将刚体平面运动一章也采用矢量方法描述,而不需要先讲复合运动然后才能讲刚体平面运动。大多数理论力学教材都是采用矢量方法研究点的运动、刚体的定轴转动、刚体的定点运动的, 而刚体的平面运动则采用复合运动的方法, 对于这一点, 我们一直觉得很奇怪, 也在多年前就和其他主要作者探讨过, 但由于各种原因一直未能动笔去写; 二是将复合运动的方法贯彻到底, 采用复合运动的方法, 不仅研究点的复合运动, 还研究刚体的复合运动。先采用矢量方法研究清楚点的运动和刚体运动, 在此基础上再研究点的复合运动和刚体的复合运动, 学生就能掌握各种运动间的关系, 进而更深刻地认识运动。
3. 在动力学部分, 将平面运动刚体对某点动量矩的计算提到了概念部分讲授,这样, 学生一开始就能够对平面运动刚体对某点的动量矩概念及计算有一个全面的认识, 而不是只让学生记公式。这样做也会使动量矩定理的讲授更流畅。但本书并没有引入惯量张量来一般地描述动量矩, 而是在动平衡一节稍加涉及, 这样做是为了不增加一般院校学生学习的难度而又能满足基本的工程需要。在讲授动量矩定理时, 研究了在惯性系和非惯性系中对任意动点的动量矩定理, 而将对质心的动量矩定理作为特例, 这样做的好处是使学生可以更灵活地应用。
在分析力学中, 将约束进行了更为细致的分类, 将完整约束下和非完整约束下的自由度概念进行了统一, 即用独立的虚位移个数定义自由度, 这样做的好处是可以和后续的课程统一。
在多年的课程建设中, 我们还积累了一些自制的理论力学课程视频和动画, 将这些视频和动画上传到网络, 可方便学生自学及课后复习; 同时为了方便同行教师选用, 本书还配有相应的CAI 课件。
本书由曹咏弘担任主编, 并负责总体框架的设计和全书的统稿工作。力学学科部的大部分教师都参加了本书的编写, 具体分工为: 前言, 绪论, 第1~3、6、13、17 章由曹咏弘执笔; 第4、5 章由孙华东执笔; 第7、8 章由李海涛执笔; 第9、12章由常列珍执笔; 第10、11 章由高经武执笔; 第14、15 章由薛春霞执笔; 第16章及附录由关学峰执笔, 本书全部动画由关学峰负责制作。
限于编者的水平和经验, 书中还会有不少缺点和错误, 垦请同行专家和广大读者批评指正。
编 者
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