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出版者:

作者:Beer, Ferdinand P./ Johnston, E. Russell, Jr./ Cornwell, Phillip J.

出品人:

页数:800

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 220.92

装帧:

isbn号码:9780077295493

丛书系列:

图书标签:

• 力学
• 工程力学
• 矢量力学
• 静力学
• 动力学
• 材料力学
• 工程
• 物理
• 大学教材
• 经典教材

工程力学：理解物质世界的基石 工程力学，作为一门核心的工程学科，其精髓在于揭示物质世界中物体在力的作用下如何运动、变形以及最终如何保持平衡的规律。这门学科不仅是工程师们手中不可或缺的工具，更是理解我们所处物理环境、设计建造复杂工程项目的理论基石。它以严谨的数学语言为载体，将抽象的物理原理转化为可量化、可预测的工程实践，为工程师们提供了洞察结构稳定性、机械性能、流体动力学等关键领域的能力。 第一篇：静力学——力的平衡与结构分析 静力学是工程力学的入门篇章，它着重研究处于静止状态的物体所受到的力的作用。在这里，我们探讨的是静态的平衡，即物体在各种力的共同作用下，合力矩和合力都为零，从而保持其静止或匀速直线运动状态。 力与力系： 课程的起点是对“力”的深入理解。力作为一种能够改变物体运动状态或引起其形变的物理量，其描述包含了大小、方向和作用点。我们学习如何用矢量来精确地表示和分析力，并进而研究多个力同时作用于物体时形成的“力系”。力系的合成与分解是静力学中的基本技巧，通过将复杂的力系简化为等效的简单力系，我们能够更有效地分析问题。例如，一个复杂的桥梁结构受到的风荷载、车辆荷载等，都可以被分解为一系列作用在关键节点上的力，以便进行后续的受力分析。 力的平衡： 静力学最核心的概念莫过于“力的平衡”。学习了牛顿第一定律和第三定律后，我们知道当作用在物体上的所有力合为零（即合力为零）且所有力形成的合力矩也为零时，物体将保持静止或匀速直线运动。这在工程中至关重要，例如，在设计摩天大楼时，工程师必须确保大楼在各种外力（如重力、风力、地震力）作用下，其整体结构能够处于平衡状态，防止倒塌。我们学习如何绘制自由体图（Free-Body Diagram），这是一个将物体孤立出来，并清晰标示出作用在其上的所有外力和约束力的图形，它是进行力平衡分析的必备工具。 重心与惯性力矩： 对于由多个部分组成的复杂物体，其整体受力可以简化为其“重心”所受的等效力。重心的概念帮助我们理解物体的质量分布，并能简化计算。此外，我们还会接触到“惯性力矩”的概念，虽然在静力学中其直接作用被忽略，但它为后续动力学打下基础。 摩擦力： 摩擦力是一种阻碍相对运动的力，它的存在既可能是有害的（如机械部件的磨损），也可能是必不可少的（如轮胎与地面的抓地力）。我们学习分析不同类型的摩擦力，如静摩擦和动摩擦，并研究其在实际工程中的应用，例如在刹车系统和传动系统中，摩擦力的精确控制至关重要。 梁与桁架分析： 梁和桁架是工程结构中最常见的构件。静力学为我们提供了分析这些结构内部受力（如轴力、剪力、弯矩）的强大工具。通过建立结构模型，运用平衡方程，我们可以计算出梁或桁架在承受外部载荷时的内力分布，从而评估其强度和刚度，确保其在设计载荷下不会发生破坏。例如，分析一座桥梁的钢架结构，计算每个杆件所承受的拉力或压力，是确保桥梁安全的关键步骤。 第二篇：动力学——运动的规律与惯性效应 动力学是工程力学中研究物体运动规律的部分，它关注的是物体在力的作用下的运动状态变化，即加速度。这部分内容更加动态，需要我们理解时间和速度的概念。 运动学： 运动学是动力学的第一个分支，它仅仅描述物体的运动，而不去探讨产生运动的原因。我们学习如何用位置、速度和加速度来定量描述物体的运动轨迹。无论是分析汽车的加速过程，还是计算抛射体在空中的运动轨迹，运动学都提供了描述和预测的语言。 直线运动与曲线运动： 我们会详细研究不同类型的运动，包括匀速直线运动、匀加速直线运动，以及更复杂的曲线运动，如抛射体运动、圆周运动等。对于工程实践而言，理解物体的运动轨迹和速度变化，能够帮助我们设计更平稳、更高效的机械系统，例如设计机器人手臂的运动路径，需要精确计算其末端执行器的速度和加速度。 动力学基本定律： 动力学的核心是牛顿运动定律。特别是第二定律——“力等于质量乘以加速度”（F=ma），它建立了力和运动之间的直接联系。这个定律是解决绝大多数动力学问题的基础。我们学习如何应用这个定律来分析各种运动场景，如计算加速过程中物体受到的合力，或者已知合力预测物体的加速度。 功与能： 功和能是描述物体运动状态变化以及能量转化和守恒的重要概念。功的定义为力在位移上做的量，而能则有动能（与运动速度相关）和势能（与位置相关）等形式。功-能定理和机械能守恒定律为我们提供了一种不直接处理力的方法来分析问题，特别适用于处理涉及速度变化但力可能复杂或非恒定的情况，例如过山车的设计，其能量的转化和守恒是决定其运行安全性和趣味性的关键。 动量与冲量： 动量是物体的质量和速度的乘积，它反映了物体运动的惯性。冲量是力在时间上的累积效应。动量守恒定律是另一个重要的守恒定律，它在处理碰撞问题时尤其有用。例如，在汽车碰撞安全设计中，利用动量守恒原理分析碰撞过程中的能量传递和速度变化，有助于设计更有效的吸能结构，保护乘员安全。 转动动力学： 除了平动的物体，我们还会研究绕着固定轴旋转的物体的动力学。这包括角速度、角加速度、转动惯量和力矩等概念。转动动力学在机械设计中应用极其广泛，例如分析电机的转动性能，计算齿轮传动的效率，或者设计飞机的旋翼系统，都离不开转动动力学的原理。 第三篇：材料力学基础——固体的变形与强度 工程结构并非理想的刚体，它们在力的作用下会发生变形。材料力学研究固体材料在受力时的变形和强度，是确保工程结构安全可靠的关键。 应力与应变： 当外力作用于固体材料时，内部会产生抵抗变形的力，这种单位面积上的内力称为“应力”。而物体在应力作用下产生的变形程度则用“应变”来表示。应力与应变之间的关系，即材料的本构关系（如胡克定律），是材料力学分析的核心。 各种应力状态： 我们学习分析不同类型的应力，包括拉应力、压应力、剪应力以及组合应力。每种应力都会对材料产生不同的影响。例如，在建造高层建筑时，下层构件需要承受上层所有构件的重力产生的压应力，因此必须选择具有足够抗压强度的材料。 材料的强度与刚度： 材料力学关注材料的“强度”（抵抗永久变形或断裂的能力）和“刚度”（抵抗变形的能力）。通过材料试验，我们可以获得材料的屈服强度、抗拉强度、弹性模量等关键参数。 梁的弯曲与剪切： 梁是最常见的结构构件，承受弯矩和剪力的作用。我们学习如何计算梁在不同载荷下的弯曲应力分布，并确定梁的挠度，以确保其变形在允许范围内。例如，桥梁的设计需要计算车流产生的弯矩对桥面的影响，并确保梁的强度和刚度足够。 扭转： 轴类零件在传递动力时会承受扭转。材料力学帮助我们分析扭转应力，并计算轴的扭转角，以确保轴的可靠性。 工程力学的价值与应用 工程力学是所有工程学科的基础，其应用范围极其广泛，几乎涵盖了所有涉及物理世界的工程领域。 土木工程： 桥梁、建筑物、大坝、隧道等结构的受力分析、强度计算和变形预测，是确保其安全性和耐久性的基础。 机械工程： 机械零件的设计（如齿轮、轴、连杆）、机器的运动分析、振动研究，以及新材料的性能评估，都离不开工程力学。 航空航天工程： 飞机的机翼设计、火箭的发射动力学、航天器的轨道力学，以及飞行器的结构强度计算，都是工程力学发挥巨大作用的领域。 汽车工程： 车辆的动力学性能、悬挂系统的设计、碰撞安全分析，以及发动机的运行力学，都依赖于工程力学的原理。 生物工程： 假肢的设计、人体骨骼的受力分析、医疗器械的性能评估，甚至生物流体的运动模拟，都开始引入工程力学的概念。 总而言之，工程力学不仅仅是一门理论学科，更是一门解决实际工程问题的强大工具。它培养工程师严谨的逻辑思维能力、抽象思维能力和解决复杂问题的能力。通过对力的深刻理解和对运动规律的精准把握，工程师们能够设计出更安全、更高效、更可靠的工程产品和系统，推动人类社会的进步和发展。掌握工程力学，就是掌握了理解和改造物理世界的一把金钥匙。

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