理论力学教案2

理论力学教案2
理论力学教案2

2.5 Moment of a Force about a Point

1. Definition :The moment of the force F about point O is defined as: 力F 对点A 的矩定义为

Explanation:

F : an arbitrary force (任一个力)

O : an arbitrary point (任一点)

A : any point on the line of action

of F (力F 作用线上任一点)

r : the vector from point O to point A

(从点O 到点A 的矢量)

(a) Dimension: [F L ];

(b) Direction: perpendicular to both r and F .

2. Geometric interpretation :

The magnitude of M O is given by: M O = | M O | = |r × F| = rF sin θ

Note that d = r sin θ, so

M O = Fd

Vector direction: by the right-hand rule. 矢量指向: 右手定则

3. Principle of moments :

The moment of a force about a point is equal to the sum of the moments of its components about the point. 力对一点的矩等于该力的各个分量对该点矩的和。

推论:(合力矩定理):平面汇交力系对于平面内任一点的矩等于所有各力对于该点矩的代数和。

4. Vector and scalar methods

(a). Vector method

· Write F in vector form;

· Write r in vector form;

· Use the determinant form of r ×F ;

(b). Scalar method

M O = Fd The scalar method is convenient only when the moment arm d can be easily determined.

F

r )F (M O ?==?=F r )F (M

O

Sample Problem 2.3

Determine (1) the moment of the force F about point C ; and (2) the perpendicular distance between C and the line of action of F.

Solution: (1)

·

F

· Chose and write an r in vector form: r CA = – 2i m

· Use the determinant form of r CA × F:

m

(2) The magnitude of M C is:

d = M C

/ F = 928.6 / 500 = 1.857m

2.6 Moment of a Force about an Axis

Explanation:

F : an arbitrary force

AB : an axis, the moment axis

O : any point on the axis

M O : the moment of force F about point O

M AB : the moment of force F about the axis AB

1. Definition :The moment of the force F about

the axis AB is the orthogonal component of M O

along the axis AB, where O is any point on AB.

(力F 对轴AB 的矩等于其对点O 的矩M O 沿轴AB

的正交分量,其中O 为轴AB 上的任一点。)

The above definition gives the moment of F about

the axis AB as:

Let λ be a u nit vector directed from A toward B , so M O · λ = M O cos α

So, M AB can be expressed as the following form: M AB = M O · λ = r × F · λ The vector form of M AB :

M AB = M AB λ = (r × F · λ)λ

Rectangular components of M O :

=?=F r M CA C αcos O AB M M =

M x = M O· i M y = M O· j M z = M O· k

Conclusion: The rectangular components of the

moment of a force about the origin O are equal

to the moments of the force about the coordinates

axes.

Or,M O = M x i + M y j + M z k

? Special case: moment axis is perpendicular to F.

In this case, it can be drawn that M O= M AB

2. Geometric interpretation:

Explanation:

F: an arbitrary force

AB: an arbitrary axis

P: a plane perpendicular to the axis AB

O, C: the points where the axis and the line

of action of the force intersect P, respectively

M AB = F2d

Conclusion:

) has

· A force parallel to the moment axis(such as F

1

no moment about that axis.

· If the line of action of a force intersects the moment axis(d=0), the force has no moment about that axis.

· The moment of a force is proportional to its component that is perpendicular to the moment axis (such as F

), and the moment arm (d) of that component.

2

·The sense of the moment is consistent with the direction where the force would tend to rotate a body.

3. Vector and scalar methods

· Vector method:

M AB = M O·λ = r ×F · λ

where x , y and z are the rectangular components of r. · Scalar method: M AB = F 2d

Sample Problem 2.5

The force F of magnitude 195kN acts along the line AB.

(1) Determine the moments of F about each of the coordinates axes by the scalar method; and (2) find the moment of F about point O by the vector method and verify that M O = M x i + M y j + M z k.

Solution: (1) Calculate the rectangular

F = F λ= 45i + 180j – 60k kN

· Moment about the x -axis

F = 45i + 180j – 60k kN

M x = – F y · 4 = – 720 kN · m

M y =

F x · 4 = 180 kN · m

M z = 0 kN · m

(2) The moment of F about point O :

Chose and write an r in vector form: r OA = 4k m So, the moment of F about point O is:

= – 720i + 180j N·m

So, M O = M x i + M y j + M z k

Homework: P52: 2.31, 2.39; P63: 2.50, 2.59 =?=F r M OA O

精选-理论力学试题及答案

理论力学试题及答案 (一) 单项选择题(每题2分,共4分) 1. 物块重P ,与水面的摩擦角o 20m ?=,其上作用一力Q ,且已知P =Q ,方向如图,则物块的状态为( )。 A 静止(非临界平衡)状态 B 临界平衡状态 C 滑动状态 第1题图 第2题图 2. 图(a)、(b)为两种结构,则( )。 A 图(a)为静不定的,图(b)为为静定的 B 图(a)、(b)均为静不定的 C 图(a)、(b)均为静定的 D 图(a)为静不定的,图(b)为为静定的 (二) 填空题(每题3分,共12分) 1. 沿边长为m a 2=的正方形各边分别作用有1F ,2F ,3F ,4F ,且1F =2F =3F =4F =4kN ,该力系向B 点简化的结果为: 主矢大小为R F '=____________,主矩大小为B M =____________ 向D 点简化的结果是什么? ____________。 第1题图 第2题图 2. 图示滚轮,已知2m R =,1m r =,ο30=θ,作用于B 点的力4kN F =,求力F 对A 点之矩A M =____________。 3. 平面力系向O 点简化,主矢R F '与主矩M 10kN F '=,20kN m O M =g ,求合力大小及作用线位置,并画在图上。 D C A B F 1 F 2 F 3 F 4

第3题图 第4题图 4. 机构如图,A O 1与B O 2均位于铅直位置,已知13m O A =,25m O B =,2 3rad s O B ω=,则 杆A O 1的角速度A O 1ω=____________,C 点的速度C υ=____________。 (三) 简单计算题(每小题8分,共24分) 1. 梁的尺寸及荷载如图,求A 、B 2. 丁字杆ABC 的A 端固定,尺寸及荷载如图。求A 端支座反力。 3. 在图示机构中,已知m r B O A O 4.021===,AB O O =21,A O 1杆的角速度4rad ω=,角加速度22rad α=,求三角板C 点的加速度,并画出其方向。 F O R ' O M

理论力学教案3

2.7 Couples 1. Definition: Two parallel, noncollinear forces that are equal in magnitude and opposite in direction are known as a couple. 2. Moment of a couple about a point: (a). Scalar calculation M O = F(a+d) –F(a) = Fd Characteristics: · A couple has no resultant force (ΣF = 0). · The moment of a couple is the same about any point in the plane of the couple. (b). Vector calculation The moment of the couple about point O is given by: M O= r OA ×F + r OB × (–F) = (r OA – r OB) × F = r BA × F Conclusion: · The moment of a couple is the same about every point. · So, the moment of a couple is a free vector. · But the moment of a force about a point is a fixed vector! 3. Equivalent couples: The following four operations can be performed on a couple to produce its equivalent couples. (a) Changing the magnitude F of each force and the perpendicular distance d while keeping the product Fd constant; (b) Rotating the couple in its plane; (c) Moving the couple to a parallel position in its plane; (d) Moving the couple to a parallel plane. 4. The addition and resolution of couples (1) The addition of couples (a) By the usual rule of vector addition. (b) Bing free vectors, concurrency is not required. (c) To minimize the possibility of confusion, we use M to denote moment of forces and reserve C for couples. (2) The resolution of couples The resolution of couples is the same as the resolution of moments of forces. For example, the moment of a couple about an axis AB can be written as M AB= C·λ Sample Problem 2.7 For the couple shown in the figure, determine (1) the corresponding couple-vector and (2) the moment of the couple about the axis GH. Solution: (1) The magnitude of the couple is: C = Fd = 100 × 0.6 = 60 kN·m The sense of the couple is counterclockwise. Let λ be the unit vector along the direction of the couple. Then it can be written as λ = (3j + 4k)/5 Therefore the couple-vector is C = Cλ = 60λ = 36j + 48k kN·m

理论力学授课教案

《理论力学》教案 使用教材:《理论力学》 (哈工大主编) 第一篇静力学 第一章静力学 一、目的要求 1.深入地理解力、刚体、平衡和约束等重要概念。 2.静力学公理(或力的基本性质)是静力学的理论基础,要求深入理解。 3.明确和掌握约束的基本特征及约束反力的画法。 4.熟练而正确地对单个物体与物体系统进行受力分析,画出受力图。 5.掌握力多边形法则及平面汇交力系合成与平衡的几何条件。 二、基本内容 1.重要概念 1)平衡:物体机械运动的一种特殊状态。在静力学中,若物体相对于地面保持静止或作匀速直线平动,则称物体处于平衡。 2)刚体:在力作用下不变形的物体。刚体是静力学中的理想化力学模型。 3)约束:对非自由体的运动所加的限制条件。在刚体静力学中指限制研究对象运动的物体。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反。 4)力:物体之间的相互机械作用。其作用效果可使物体的运动状态发生改变和使物体产生变形。前者称为力的运动效应或外效应,后者称为力的变形效应或内效应,理论力学只研究力的外效应。力对物体作用的效应取决于力的大小、方向、作用点这三个要素,且满足平行四边形法则,故力是定位矢量。 5)力的分类: 集中力、分布力 主动力、约束反力 6)力系:同时作用于物体上的一群力称为力系。按其作用线所在的位置,力系可以分为平面力系和空间力系,按其作用线的相互关系,力系分为共线力系、平行力系、汇交力系和任意力系等等。 7)等效力系:分别作用于同一刚体上的两组力系,如果它们对该刚体的作用效果完全相同,则此两组力系互为等效力系。 8)平衡力系:若物体在某力系作用下保持平衡,则称此力系为平衡力系。 9)力的合成与分解:若力系与一个力F R等效,则力F R称为力系的合力,而力系中的各力称为合力F R的分力。力系用其合力F R代替,称为力的合成;反之,一个力F R用其分力代替,称为力的分解。 2.静力学公理及其推论 公理1:二力平衡条件 指出了作用于刚体上最简单力系的平衡条件。对刚体而言,这个条件既必要又充分,但对非刚体而言,这个条件并不充分。 公理2:加减平衡力系公理 此公理是研究力系等效变换的依据,同样也只适用于刚体而不适用于变形体。 推论1:力的可传性 表明作用于刚体上的力是滑动矢量。

理论力学课程教学大纲

理论力学课程教学大纲(72学时) (附实验教学大纲,8学时) 一、课程名称:理论力学B Theoretical Mechanics B。 二、课程编号:1701105。 三、学分学时:4.5学分/ 72学时。 四、使用教材:《理论力学》,武清玺、冯奇主编,高等教育出版社,2003年; 《理论力学》,武清玺、徐鉴主编,高等教育出版社,2010年; 《理论力学》,许庆春等主编,中国水利水电出版社,2010年。 五、课程属性:学科基础课/ 必修。 六、教学对象:大禹、水工、土木、港航、海洋、交通、农水等专业本科生。 七、开课单位:力学与材料学院工程力学系。 八、先修课程:高等数学、物理学等。 九、教学目标: 理论力学是一门理论性较强的技术基础课。它既是后续力学课程及相关专业课程的理论基础,又可直接应用于实际工程问题。本课程的目标是:使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动(包括平衡)的基本规律和分析方法,培养学生抽象思维与逻辑推理能力,初步学会利用所学理论和方法分析、解决一些工程实际问题,为学习后继课程打好必要的基础,也为将来独立进行科研工作创造条件。 十、课程要求: 本课程采用以课堂教学为主,课内讨论、课后练习和集中答疑为辅的教学模式,开展启发式、研究式、互动式等教学方式,使学生掌握有关的基本概念、基本理论和基本方法及其应用,能较熟练和较灵活地应用矢量方法求解各类典型问题,重点培养学生的抽象思维与逻辑推理能力、力学分析计算能力以及解决实际问题的能力。 本课程要求课前较好地掌握高等数学、物理学等课程的有关知识;课内主动参与讨论;课后按时完成布置的作业。 教学环节的具体要求为: ?完成140~160题作业; ?二次课堂测验;

理论力学(静力学)

大学 《理论力学》课程 教案 2005版 机械、土木等多学时各专业用 2005年8月

使用教材:《理论力学》,祥东主编,大学2002年 《理论力学》,工业大学,高等教育2004年 《Engineering Mechanics理论力学》,昌棋等缩编, 大学2005年 参考文献 [1]同济大学理论力学教研室,理论力学,同济大学,2001年 [2]乔宏洲,理论力学,中国建筑工业,1997年 [3]华东水利学院工程力学教研室,理论力学,高等教育,1984年 [4]理论力学(第六版)工业大学理力教研室编. 普通高等教育“十五”国家级规划教材高等教育.2002年8月 [5]理论力学(第3版)郝桐生编.教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育.2003年9月 [6]理论力学(第1版)武清玺奇主编. 教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育.2003年8月

第1篇静力学 第1章静力学基本知识与物体的受力分析 一、目的要求 1.深入地理解力、刚体、平衡和约束等基本概念。 2.深入地理解静力学公理(或力的基本性质)。 3.明确和掌握约束的基本特征及约束反力的画法。 4.熟练而正确地对单个物体与物体系统进行受力分析,画出受力图。 二、基本容 1.重要概念 1)平衡:物体机械运动的一种特殊状态。在静力学中,若物体相对于地面保持静止或作匀速直线平动,则称物体处于平衡。 2)刚体:在力作用下或运动过程中不变形的物体。刚体是理论力学中的理想化力学模型。 3)约束:对非自由体的运动预加的限制条件。在刚体静力学中指限制研究对象运动的物体。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反。 4)力:物体之间的一种相互机械作用。其作用效果可使物体的运动状态发生改变和使物体产生变形。前者称为力的运动效应或外效应,后者称为力的变形效应或效应,理论力学只研究力的外效应。力对物体作用的效应取决于力的大小、方向、作用点这三个要素,且满足平行四边形法则,故力是定位矢量。 5)力的分类: 集中力、分布力(体分布力、面分布力、线分布力) 主动力、约束反力 6)力系:同时作用于物体上的一群力称为力系。按其作用线所在的位置,力系可以分为平面力系和空间力系;按其作用线的相互关系,力系分为共线力系、平行力系、汇交力系和任意力系等等。 7)等效力系:分别作用于同一刚体上的两组力系,如果它们对该刚体的作用效果完全相同,则此两组力系互为等效力系。 8)平衡力系:若物体在某力系作用下保持平衡,则称此力系为平衡力系。

理论力学教案--运动学

第六章 点的运动学 第一、二节 矢量法 直角坐标法 重点:点的曲线运动的直角坐标法,点的运动方程、点的速度和加速度在直角坐标轴上的投影 难点:点的曲线运动的直角坐标法 一、运动学引言 运动学是研究物体运动的几何性质的科学。也就是从几何学方面来研究物体的机械运动。运动学的内容包括:运动方程、轨迹、速度和加速度。 学习运动学的意义:首先是为学习动力学打下必要的基础。其次运动学本身也有独立的应用。 由于物体运动的描述是相对的。将观察者所在的物体称为参考体,固结于参考体上的坐标系称为参考坐标系。只有明确参考系来分析物体的运动才有意义。 时间概念要明确:瞬时和时间间隔。 运动学所研究的力学模型为:点和刚体。 二、点的运动学 本章将介绍研究点的运动的三种方法,即:矢径法、直角坐标法和自然法。 点运动时,在空间所占的位置随时间连续变化而形成的曲线,称为点的运动轨迹。点的运动可按轨迹形状分为直线运动和曲线运动。当轨迹为圆时称为圆周运动。 表示点的位置随时间变化的规律的数学方程称为点的运动方程。 本章研究的内容为点的运动方程、轨迹、速度和加速度,以及它们之间的关系。 三﹑矢量法 1、点的运动方程 如图,动点M 沿其轨迹运动,在瞬时t ,M 点在图示位置。 由参考点O 向动点M 作一矢量 r =OM ,则称 r 为矢径。 于是动点矢径形式的运动方程为 显然,矢径的矢端曲线就是点运动的轨迹。 用矢径法描述点的运动有简洁、直观的优点。 2、点的速度 ) (t r r ) ()(t r t t r r M M

如图,动点M 在时间间隔 △t 内的位移为 则 表示动点在时间间隔△t 内运动的平均快慢和方向,称 为点的平均速度。 当 △t →0时,平均速度的极限矢量称为动点在t 瞬时的速度。即 即:点的速度等于它的矢径对时间的一阶导数。方向沿轨迹的切线方向。 3、点的加速度 如图,动点M 在时间间隔△t 内速度矢量的改变量为 v v v 则t v a 表示动点的速度在时间间隔△t 内的平均变化率,称为平均加速度。 当△t →0时,平均加速度的极限矢量称为动点在t 瞬时的加速度。即 r v dt v d t v a a t t 00lim lim 即:点的加速度等于它的速度对时间的一阶导数,也等于它的矢径对时间的二阶导数。 四、直角坐标法 1、点的运动方程 A t r v r dt r d t r v v t t 00lim lim

理论力学教案8

4.8 Equilibrium Analysis of Composite Bodies The three steps in the equilibrium analysis of a composite body and its various parts are: 1. Draw the appropriate free-body diagrams. 2. Write the equilibrium equations. 3. Solve the equilibrium equations for the unknowns. The primary difference between one-body and composite-body problems is that the latter often require that you analyze more than one free-body diagram. Importance: 1.Begin by drawing the FBD of the entire body and, if possible, calculate the external reactions. 2. Then, and only then, should you consider the analysis of one or more parts of the composite body. Sample problem 4.13 The structure is loaded by the 240-lb·in. counterclockwise couple applied to member AB. Neglecting the weights of the members, determine all forces acting on member BCD. Solution: step 1: analysis · The FBD of the entire frame ? · The unknowns: A x , A y , T C and N D . (four) · The independent equilibrium equations. (three) Statically indeterminate ?! · The FBD of member BCD ? 6 = 6 !!! So the problem is statically determinate!! step 2: mathematical details From the FBD of entire structure, ΣM A = 0T C cos30o×8– 12N D + 240 = 0 N D = 0.5774T C + 20 From the FBD of member BCD, ΣM B = 0T C cos30o×4+ T C sin30o×3– 8N D = 0 N D = 0.6205T C Solving the above two equations yields, T C = 464 lb, N D = 288 lb Also from the FBD of member BCD, ΣF x = 0N D–T C cos30o + B x = 0 B x = 114 lb ΣF y = 0B y–T C sin30o = 0 B y = 232 lb

《理论力学D》 课程教学大纲

《理论力学D》课程教学大纲 一、课程说明 (一)课程名称、所属专业、课程性质、学分; 《理论力学D》是针对“材料物理”专业本科生在二年级(第一学期)设置的专业基础课,课堂教学(其中包括课堂讲授、习题课、讨论课等)每周3学时(总学时54学时),计3学分。 (二)课程简介、目标与任务; 《理论力学》又称“经典力学”,是研究宏观物体做低速机械运动基本规律的科学,其主要内容由“牛顿力学”和“分析力学”构成。“牛顿力学”是最早发展起来的学科之一,十七世纪末,牛顿在前人工作的基础上总结出了物体运动的三个基本定律,奠定了牛顿力学体系的理论基础。力学与人们的感性经验密切联系,直观形象而易于被人们所理解和采纳。微积分等数学工具的发展和广泛应用更是有力地推动了这一学科的发展。但牛顿力学几乎都以力F为基础,因此它的应用只局限于纯力学问题的范畴,运算也比较繁琐。 十八世纪伯努利、达朗贝尔、欧勒、拉格朗日等人先后发展了经典力学的分析形式,这是力学史上的一个新的里程碑。拉格朗日于1788年发展的名著“分析力学”对此作了全面的总结,从此建立了经典力学的拉格朗日形式。它用体系的动能和势能取代了牛顿形式的加速度和力,并且由于能量对任何物理体系都有意义,因此力学的研究和应用范围也相应地拓展到整个物理学。十九世纪三十年代,哈密顿又推广了分析力学,将力学体系的变量从空间坐标扩大到相应的动量,这就使力学理论完全适应了整个物理学发展的要求,对物理学的发展起到了重要的推动作用。 由于分析力学理论形式简洁且富有公理特性,很容易被推广应用到其他学科中去,因此在理论物理中占有重要的地位。 经典力学在近两个世纪前就已发展成一门理论严谨体系完整的学科。作为理论物理学的第一门课程,它的任务不仅是介绍物体的机械运动规律,还要引导学生如何应用数学去描写和分析物理问题,训练学生使用最严谨的方式去表达、描写、推演、总结自然规律,帮助学生建立唯物主义的观点,提高学生的科学素质。为进一步学好其他物理学的课程打好坚实的物理基础。需要进一步强调说明的是,近几十年来随着非线性系统研究的发展,力学系统混沌行为的逐渐揭示为古老的经典力学注入了新的活力。现在对非线性系统的研究已超过了力学学科,扩展到物理学的各个领域,甚至超过了物理学,而成为许多理工学科以至一些人文学科的共同课题。因此在原来的理论力学课程中应适当加入关于非线性系统讨论的内容,这也已成为这一课程进一步发展革新的必然趋势。 (三)先修课程要求,与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接; 《理论力学》课程要求修课学生先期掌握基本的微积分、常微分方程、矢量代数等

理论力学教案1

Engineering Mechanics (工程力学) 1.Introduction (绪论) Objective (教学目标): 1. Definition (理论力学的定义) 2. Study objects (研究对象) 3. Study contents (研究内容) 4. Study methods (研究方法) 5. Study aims (研究目的) 1. Definition (定义)理论力学(Theoretical Mechanics): 研究物体机械运动一般规律的科学。 2.Study objects (研究对象):理论力学所研究的机械运动是速度远小于光速的宏观物体的机械运动;以牛顿总结的基本定律为基础,属于古典力学。 这种机械运动在日常生活和实际过程中经常遇到。 研究塔吊不致倾倒,确定所需配重 汽车通过轮胎作用在桥面上的力

桥面板作用在钢梁的力 齿轮啮合力 理论力学研究这种运动的最一般、最普遍的规律,是各门力学分支的基础。 3.Study contents (研究内容): Statics (静力学):研究物体受力后平衡时的平衡条件,建立平衡方程。包括物体的受力分析和力系的简化等; Kinematics (运动学):从几何的角度研究物体的运动(轨迹、速度、加速度)不考虑引起运动的物理原因(只看现象,不管本质。) Dynamics (动力学):研究物体运动和作用力之间关系。 4. Study methods (学习方法) Engineering approach: a. Given: Carefully read the problem statement and list all the data provided. If a figure is required, sketch it neatly. b. Find: State precisely the information that is to be determined. c. Solution: Solve the problem, showing all the steps that you used in the analysis. Work neatly. d. Validate: Many times, an invalid solution can be uncovered by simply asking yourself, “Does the answer make sense”. 5. Study aims (研究目的) 学习理论力学是解决工程问题的基础;理论力学是后续课的基础(材料力学、机械原理、机械零件、其它力学课程)。 ·Statics and dynamics form the foundation of many engineering disciplines and are, therefore, essential to the training of an engineer.

理论力学课程教学大纲.

《理论力学课程》教学大纲 学时:72 时学分:4 分课程类型:必修适用专业:物理学 一、课程性质、地位和任务 理论力学是四年制高等院校物理学专业的必修的基础课程。本课程以牛顿运动定律为基础,高等数学为工具,通过严密的逻辑推理,全面的阐述宏观物体机械运动的基本概念和基本规律。 通过教学,应使学生:一,对宏观机械运动规律有比较全面,系统的认识,能掌握处理力学问题的一般方法,培养起一定的抽象思维和逻辑推理能力;二,能较深刻的分析力学教材,能分析生产生活中的问题;三,认识教学与物理的密切联系,能运用数学工具解决物理问题;四,通过本教材的学习为进一步学习理论物理打下了坚实的基础。 本课程总学时为72学时,讲授与习题的比例为3:1,具体情况如下。 二、课程主要内容概述及教学基本要求 本课程主要内容:第一篇牛顿力学主要包括:质点力学、质点组力学、刚体力学、非惯性系力学等;第二篇分析力学主要包括:虚功原理、拉格朗日方程、哈密顿正则方程、哈密顿原理等。 理论力学是学生接触到的第一门理论物理课程。与普通物理力学相比,它在理论上和解决问题的方法上都有较大提高。通过本课程的学习,使学生受到理论物理研究方法的初步训练,应培养学生严密逻辑推理的能力、抽象思维的能力、从一般到特殊的分析方法及运用高等数学方法解决力学问题的能力,并较好理解数学与物理的密切关系。 三、课程内容 绪论 1.理论力学的研究对象和方法 2.经典力学的运用方法 第一章质点力学 基本要求:(1).空间和时间,力和质量,惯性参照系是经典力学的基本概念,牛顿定律是经典力学的基本定律。它是理论力学的起点。同时介绍现代科学的观点。(2).重点:1.平面坐标系和自然坐标系中速度加速度分量式的推导和应用,也是本章的难点。 2.质点运动微分方程的建立和求解。要多举几种不同类型(F=F(r,v,t))例题,学会以高等数学为工具把物理问题转化为数学方程,并求数学表达式分析其中的物理意义,从而提高提出问题,分析问题解决问题的能力 3.要求学生明确质点的约束运动在加约束反力后,可按自由质点处理 4.由于质点的三个基本定律及守恒律在力学多半阐述过,要在原有基础上概括提高,对于一些问题要能正确判断一个力为保守力,并能求出相应的势能曲线。 教学内容: §1.1运动的描述方法 1.参照系与坐标 2.运动学方程与轨道 3.位移速度与加速度

理论力学(金尚年编著)教案设计

理论力学教案 课程名称理论力学 任课教师曾奇军 所在系(院)物理电子工程学院 任课班级物理学本科

信阳师范学院 《理论力学》课程基本信息 (一)课程名称:理论力学 (二)学时学分:每周4学时,学分4 (三)予修课程:力学、高等数学 (四)使用教材:金尚年、马永力编著《理论力学》,第二版.,北京:高等教育出版社,2002年7月,面向21世纪课程教材。 (五)教学参考书: 1.周衍柏《理论力学教程》(第二版),北京:高等教育出版社,1986年。 2.郭士望《理论力学》上、下册,北京:高等教育出版社,1982。 3.梁昆森《力学》上、下册,北京:人民教育出版社,1979。 (六)教学方法:课堂讲授,启发式教学 (七)教学手段:传统讲授与多媒体教学相结合 (八)考核方式:闭卷考试占总成绩70%,平时作业成绩占30% (九)学生创新精神与实践能力的培养方法:在课程讲授过程中注意采用启发式教学手段,将基本的概念和规律讲清、讲透,而将一些具有推广性的问题留给学生思考,以此来提高学生分析问题、解决问题的能力。并且在课堂讲授时多联系实际的力学问题,以此来提高学生解决实际问题的能力。 (十)其他要求:每堂课后布置适量的课后作业并定期批改、检查和给出成绩,这部分成

绩将占期末总成绩的30%。 绪论 一:《理论力学》课程的内容:该课程是以牛顿力学和分析力学为主要内容的力学理论,是理论物理的第一门课程。是从物理学的基本经验规律出发,借助于微积分等数学工具,推导出关于物体机械运动时所满足的整体规律的一门课程。 二:《理论力学》与《力学》的区别和联系 1.内容:《理论力学》包括牛顿力学和分析力学,是《力学》课程的深入和提高;而《力学》课程仅讲授牛顿力学,且研究的深度不及《理论力学》。 2.研究手段:《力学》是从物理现象出发,通过归纳总结出物质运动的规律。 《理论力学》是从经验规律出发,借助于数学工具,推导出物质运动所满足的规律,并通过实践来检验该规律的真伪,着重培养学生理性思维的能力。

材料力学电子教案

材料力学是固体力学的一个基础分支,是工科重要的技术基础课,只有学好材料力学才能学好与本专业有关的后续课程(例如:机械零件等)。 材料力学与工程的关系:材料力学广泛应用于各个工程领域中,如众所周知的飞机、飞船、火箭、火车、汽车、轮船、水轮机、气轮机、压缩机、挖掘机、拖拉机、车床、铇机、铣机、磨床、杆塔、井架、锅炉、贮罐、房屋、桥梁、水闸、船闸等数以万计的机器和设备、结构物和建筑物,在工程设计中都必须用到材料力学的基本知识。对于某些工程如化学工程,由于客观条件的苛刻,如:高温、高压、低温、低压、易燃、易爆、腐蚀、毒性对于机器和设备的力学设计将提出更高的要求。因此对于各类高等工业大学的学生和实际工程中的工程师们都必须具备扎实的材料力学知识。 第一章绪论 §1.1 材料力学的任务 §1.2 变形固体的基本假设 §1.3 外力及其分类 §1.4 内力、截面法和应力的概念 §1.5 变形与应变 §1.6 杆件变形的基本形式 §1.1 材料力学的任务 材料力学主要研究固体材料的宏观力学性能,构件的应力、变形状

态和破坏准则,以解决杆件或类似杆件的物件的强度、刚度和稳定性等问题,为工程设计选用材料和构件尺寸提供依据。 材料的力学性能:如材料的比例极限、屈服极限、强度极限、延伸率、断面收缩率、弹性模量、横向变形因数、硬度、冲击韧性、疲劳极限等各种设计指标。它们都需要用实验测定。 构件的承载能力:强度、刚度、稳定性。 构件:机械或设备,建筑物或结构物的每一组成部分。 强度:构件抵抗破坏(断裂或塑性变形)的能力。 所有的机械或结构物在运行或使用中,其构件都将受到一定的力作用,通常称为构件承受一定的载荷,但是对于构件所承受的载荷都有一定的限制,不允许过大,如果过大,构件就会发生断裂或产生塑性变形而使构件不能正常工作,称为失效或破坏,严重者将发生工程事故。如飞机坠毁、轮船沉没、锅炉爆炸、曲轴断裂、桥梁折断、房屋坍塌、水闸被冲垮,轻者毁坏机械设备、停工停产、重者造成工程事故,人身伤亡,甚至带来严重灾难。工程中的事故屡见不鲜,有些触目惊心,惨不忍睹……因此必须研究受载构件抵抗破坏的能力——强度,进行强度计算,以保证构件有足够的强度。 刚度——构件抵抗变形的能力。 当构件受载时,其形状和尺寸都要发生变化,称为变形。工程中要求构件的变形不允许过大,如果过大构件就不能正常工作。如机床的齿轮轴,变形过大就会造成齿轮啮合不良,轴与轴承产生不均匀磨损,降低加工精度,产生噪音;再如吊车大梁变形过大,会使跑车出现爬坡,

重庆大学理论力学教案考点

重庆大学 《理论力学》课程 教案 2006版 机械、土木等多学时各专业用 2006年8月 使用教材:《理论力学》,张祥东主编,重庆大学出版社2006年第二版《理论力学》,哈尔滨工业大学,高等教育出版社2004年 《Engineering Mechanics理论力学》,杨昌棋等缩编,重庆 大学出版社2005年

参考文献 [1]同济大学理论力学教研室,理论力学,同济大学出版社,2001年 [2]乔宏洲,理论力学,中国建筑工业出版社,1997年 [3]华东水利学院工程力学教研室,理论力学,高等教育出版社,1984年[4]理论力学(第六版)哈尔滨工业大学理力教研室编. 普通高等教育“十五”国家级规划教材高等教育出版社.2002年8月[5]理论力学(第3版)郝桐生编.教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育出版社.2003年9月 [6]理论力学(第1版)武清玺冯奇主编. 教育科学“十五”国家规划课题研究成果高等教育出版社.2003年8月 第1篇静力学 第1章静力学基本知识与物体的受力分析 一、目的要求 1.深入地理解力、刚体、平衡和约束等基本概念。 2.深入地理解静力学公理(或力的基本性质)。 3.明确和掌握约束的基本特征及约束反力的画法。

4.熟练而正确地对单个物体与物体系统进行受力分析,画出受力图。 二、基本内容 1.重要概念 1)平衡:物体机械运动的一种特殊状态。在静力学中,若物体相对于地面保持静止或作匀速直线平动,则称物体处于平衡。 2)刚体:在力作用下或运动过程中不变形的物体。刚体是理论力学中的理想化力学模型。 3)约束:对非自由体的运动预加的限制条件。在刚体静力学中指限制研究对象运动的物体。约束对非自由体施加的力称为约束反力。约束反力的方向总是与约束所能阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反。 4)力:物体之间的一种相互机械作用。其作用效果可使物体的运动状态发生改变和使物体产生变形。前者称为力的运动效应或外效应,后者称为力的变形效应或内效应,理论力学只研究力的外效应。力对物体作用的效应取决于力的大小、方向、作用点这三个要素,且满足平行四边形法则,故力是定位矢量。 5)力的分类: 集中力、分布力(体分布力、面分布力、线分布力) 主动力、约束反力 6)力系:同时作用于物体上的一群力称为力系。按其作用线所在的位置,力系可以分为平面力系和空间力系;按其作用线的相互关系,力系分为共线力系、平行力系、汇交力系和任意力系等等。 7)等效力系:分别作用于同一刚体上的两组力系,如果它们对该刚体的作用效果完全相同,则此两组力系互为等效力系。 8)平衡力系:若物体在某力系作用下保持平衡,则称此力系为平衡力系。 9)力的合成与分解:若力系与一个力F R等效,则力F R称为力系的合力,而力系中的各力称为合力F R的分力。用一个比原力系简单但作用效果相同的力系代替原力系称为力系的合成(简化);反之,一个力F R用其分力代替,称为力的分解。 2.静力学公理及其推论 公理1:力的平行四边形法则 给出了最简单的力系的简化规律,也是较复杂力系简化的基础。另外,它也给出了将一个力分解为两个力的依据。

周衍柏《理论力学》教案分析力学

第五章分析力学 本章要求(1)掌握分析力学中的一些基本概念;(2)掌握虚功原理;(3)掌握拉格朗日方程;(4)掌握哈密顿正则方程. 第一节约束和广义坐标 一、约束的概念和分类 加于力学体系的限制条件叫约束. 按不同的标准有不同的分类: 按约束是否与时间有关分类:稳定约束、不稳定约束; 按质点能否脱离约束分类:可解约束、不可解约束; 按约束限制范围分类:几何约束(完整约束)、运动约束(不完整约束). 本章只讨论几何约束(完整约束),这种约束下的体系叫完整体系. 二、广义坐标 1、自由度 描述一个力学体系所需要的独立坐标的个数叫体系的自由度. 设体系有n个粒子,一个粒子需要3个坐标(如x、y、z)描述,而体系受有K个约束条件,则体系的自由度为(3n-K) 2、广义坐标 描述力学体系的独立坐标叫广义坐标.例如:作圆周运动的质点只

须角度用θ描述,广义坐标为θ,自由度为1,球面上运动的质点, 由极角θ和描述,自由度为2. 第二节虚功原理 本节重点要求:①掌握虚位移、虚功、理想约束等概念;②掌握虚功原理. 一、实位移与虚位移 质点由于运动实际上所发生的位移叫实位 移;在某一时刻,在约束允许的情况下,质点可 能发生的位移叫虚位移. 如果约束为固定约束,则实位移是虚位移中 一的个;若约束不固定,实位移与虚位移无共同之处.例如图 5.2.1 中的质点在曲面上运动,而曲面也在移动,显然实位移与虚位移 不一致. 二、理想约束 设质点系受主动力和约束力的作用,它们在任意虚位移中作的功叫虚功. 若约束反力在任意虚位移中对质点系所作虚功之和为零,则这种约束叫理想约束.光滑面、光滑线、刚性杆、不可伸长的绳等都是理想约束. 三、虚功原理 1、文字叙述和数学表示: 受理想约束的力学体系,平衡的充要条件是:作用于力学体系的

XX理论力学课程教学大纲

XX理论力学课程教学大纲 课程名称:理论力学 英文名称:Theoretical Mechanics 课程编号:x 学时数:48 其中实验学时数:0 课外学时数:0 学分数:3.0 适用专业:金属材料专业 一、课程的性质和任务 该课程是一门理论性较强的学科专业基础课。它是各门力学的基础,并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。本课程的任务是使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动(包括平衡)的基本规律和方法,为学好有关的后继课打好必要的基础,并为将来研究解决工程问题和学习新的科学技术创造条件。结合教学培养学生的辩证思维能力、抽象化能力、表达能力、计算能力和自学能力。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 (一)绪论 了解理论力学的研究对象、理论力学在工程技术中的地位和作用;了解学习理论力学的目的和理论力学的研究方法;了解力学发展概况、力学新进展。 (二)静力学基础 理解静力学的基本概念和公理,静力学的研究对象及其在工程技术中的应用,平衡、刚体和力的概念。熟练掌握各种常见约束的性质(重点),物体的受力分析,分离体和受力图(重点、难点)。 (三)平面汇交力系和平面力偶系 理解平面汇交力系合成的几何法,力多边形,平面汇交力系平衡的几何条件。熟练掌握力的分解、力在直角坐标轴上的投影(重点)。理解合力投影定理。掌握平面汇交力系合成的解析法。熟练掌握平面汇交力系平衡的解析条件,平衡方程。熟练掌握力对点的矩(重点、难点)。掌握力偶,力偶矩,平面力偶的性质,平面力偶系的合成与平衡条件。 (四)平面任意力系 掌握力线的平移,平面任意力系向作用面内任一点的简化,力系的主矢与主矩。理解简化结果讨论,合力矩定理。掌握平面任意力系的平衡条件,平衡方程的各种形式(重点),平面平行力系的平衡方程。熟练掌握物体系统的平衡(重点、难点)。理解静定与静不定问题的概念。 (五)摩擦 理解滑动摩擦力,滑动摩擦定律,摩擦系数和摩擦角,自锁现象。掌握考虑摩擦时的平衡问题(重点)。了解滚动摩阻的概念。 (六)空间力系 熟练掌握力在空间直角坐标轴上的投影,二次投影法。掌握空间汇交力系的合成与平衡,力对点的矩矢(重点),力对轴的矩(重点),力对点的矩与力对通过该点的轴的矩的关系,力偶矩矢,空间力偶系的合成与平衡,空间任意力系向一点简化,主矢和主矩,空间任意力系的平衡条件和平衡方程(重点、难点),空间平行力系的平衡方程,平行力系中心和重心的概念,重心的坐标公式。熟练掌握组合形体的重心(重点)。 (七)点的运动 理解运动的相对性,参考坐标系,确定点的运动的基本方法—矢量法、直角坐标法和自然法,运动方程和轨迹方程,点的速度和加速度的矢量形式,点的速度和加速度的直角坐标轴上的投影,自然轴系。熟练掌握点的速度和加速度在自然轴上的投影,切向加速度和法向加速度(重点)。

英汉双语理论力学电子教程

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