理论力学(Theoretical Mechanics)上海理工大学力学教研室
理论力学概述
理论力学理论力学（theoretical mechanics）是研究物体机械运动的基本规律的学科。
是力学的一个分支。
它是一般力学各分支学科的基础。
理论力学通常分为三个部分: 静力学、运动学与动力学。
静力学研究作用于物体上的力系的简化理论及力系平衡条件；运动学只从几何角度研究物体机械运动特性而不涉及物体的受力；动力学则研究物体机械运动与受力的关系。
动力学是理论力学的核心内容。
理论力学的研究方法是从一些由经验或实验归纳出的反映客观规律的基本公理或定律出发, 经过数学演绎得出物体机械运动在一般情况下的规律及具体问题中的特征。
理论力学中的物体主要指质点、刚体及刚体系, 当物体的变形不能忽略时, 则成为变形体力学（如材料力学、弹性力学等）的讨论对象。
静力学与动力学是工程力学的主要部分。
理论力学建立科学抽象的力学模型（如质点、刚体等）。
静力学和动力学都联系运动的物理原因——力, 合称为动理学。
有些文献把kinetics和dynamics看成同义词而混用, 两者都可译为动力学, 或把其中之一译为运动力学。
此外, 把运动学和动力学合并起来, 将理论力学分成静力学和动力学两部分。
理论力学依据一些基本概念和反映理想物体运动基本规律的公理、定律作为研究的出发点。
例如, 静力学可由五条静力学公理演绎而成；动力学是以牛顿运动定律、万有引力定律为研究基础的。
理论力学的另一特点是广泛采用数学工具, 进行数学演绎, 从而导出各种以数学形式表达的普遍定理和结论。
总述理论力学是大部分工程技术科学的基础, 也称经典力学。
其理论基础是牛顿运动定律。
20世纪初建立起来的量子力学和相对论, 表明牛顿力学所表述的是相对论力学在物体速度远小于光速时的极限情况, 也是量子力学在量子数为无限大时的极限情况。
对于速度远小于光速的宏观物体的运动, 包括超音速喷气飞机及宇宙飞行器的运动, 都可以用经典力学进行分析。
理论力学从变分法出发, 最早由拉格朗日《分析力学》作为开端, 引出拉格朗日力学体系、哈密顿力学体系、哈密顿-雅克比理论等, 是理论物理学的基础学科。
《理论力学》课程教学大纲
《理论力学》课程教学大纲课程名称：理论力学Theoretical Mechanics课程编码：6311X002 学分：2.5 总学时：48说 明【课程简介】理论力学是土木工程类专业一门重要的学科基础课，是材料力学、结构力学等一系列后继课程的理论基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
核心教学内容包括：静力学公理和物体的受力分析、平面汇交力系与平面力偶系、平面任意力系、空间力系、摩擦；达朗贝尔原理、虚位移原理。
学生通过本课程的学习，学会应用理论力学的理论和方法，分析、解决一些简单的工程实际问题，为学习有关的后续课程打好必要的基础。
【课程性质】学科基础课【适用专业】土木类专业【教学目标】通过本课程的学习，培养学生掌握宏观机械运动的客观规律，具备初步的理论分析能力和抽象思维能力，能解决工程结构的静力学平衡问题，为学习后继课程和工程设计打下坚实的基础。
【先修课程要求】本课程要求学生先修《高等数学》、《大学物理》等课程。
【能力培养要求】以培养基本力学素养、力学应用能力为主。
通过课堂教学，使学生在理解掌握基本概念、基本理论、基本方法的基础上，掌握处理力学问题的一般方法，提高学生的理论分析能力和抽象思维能力，初步学会分析、解决工程实际中的力学问题。
【学习总量】总学时48学时，其中理论48学时。
学生自主学习72学时，另行安排。
【教学方法与环境要求】本课程的教学主要采用讲授法、演示法、讨论法等。
教学形式上，课堂讲授与指导学生自学相结合、课堂讲授与课堂讨论相结合。
充分利用多媒体等现代教学手段，倡导传统与现代结合的教学模式，师生互动，启发诱导，激活思维，鼓励创新。
【学时分配】学 时 安 排序号 内 容 理论课时 实验课时实践课时习题课时小计1 第一章 静力学公理和物体的受力分析10 102 第二章 平面力系 16 163 第三章 空间力系 6 64 第四章 摩擦 4 45 第五章 达朗贝尔原理6 66 第六章 虚位移原理 6 6总 计 48 48 【教材与主要参考书】教 材：《理论力学》，哈尔滨工业大学理论力学教研室，高等教育出版社，2009.7，第7版参考书：【1】《理论力学》，同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部，同济大学出版社，2012.7，第2版【2】《理论力学》，李俊峰，清华大学出版社，2010.8，第2版【3】《理论力学》，赵元勤，武汉大学出版社，2014.7，第1版大纲内容第一章 静力学公理和物体的受力分析【教学目的和要求】了解：课程的性质、任务和研究对象；力、刚体、平衡的概念；理解：静力学公理；掌握：各种约束及约束反力的特点及其表示方法，运用：学会正确判定二力杆；三力平衡在画图中的运用；够正确地画出各种受力图。
《理论力学》
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：理论力学是一门关于刚体静力学、运动学及动力学的科学，是轮机工程专业的一门核心专业基础课程，是后续几门重要专业课程的基础。
本课程的内容主要包括刚体静力学中的力系简化及平衡、平面桁架、重心和摩擦等；运动学中点的运动合成及刚体的平面运动；动力学中的动量定理、动量矩定理、动能定理、达朗贝尔原理及虚位移原理，培养和建立学生的工程观点及理论联系实际解决工程实际问题的意识和能力，并为后续的专业课程提供必要的理论基础支撑。
2.设计思路：本课程知识面广、理论性强、系统性强，重点学习刚体的受力分析方法、运动分析方法及动力学研究知识，培养学生抽象思维的能力，掌握解决工程问题的理论分析方法，是后续机械原理、机械设计等课程的重要基础课程之一。
本课程使学生掌握刚体静力学、运动学和动力学中的基本原理及计算方法，并能用相关知识进行分析、设计工程中实际问题。
课程的主要内容包括以下三大模块。
（1）刚体静力学使学生重点掌握本门课中所用的静力学公理、平面系里中力矩和力偶（矩）的定义、性质及计算方法、力系的简化和平衡分析方法，了解空间力系中力矩、力偶、力系的简化及平衡的分析方法，并会用静力学的相关知识对平面桁架进行力的分析及求解，会计算物体系统的重心，会分析考虑摩擦情况下的物体系统平衡。
通过静力学的学习，使学生能用相关知识解决本专业中常见结构的力学分析及设计问题。
（2）刚体运动学使学生掌握点的运动学描述的三种方法及其关系、刚体的平行移动及定轴转动、定轴转动刚体上点的速度及加速度的解法，了解轮系的传动比计算方法、速度及加速度的矢量表示方法。
通过运动学的学习，使学生能使用相关知识解决本专业中常见机构的的运动分析问题，并能进行相关的运动设计。
（3）刚体动力学使学生理解牛顿三大定律及质点运动微分方程，重点掌握动量定理、动量矩定理和动能定理的内容及其应用；理解并会应用大朗贝尔原理及虚位移原理求解相关问题。
哈尔滨工业大学理论力学教研组编,《理论力学》(第六版)教学大纲
《理论力学》教学大纲课程编码：3597英文名称：Theoretical Mechanics总学时：80 实验：上机：适合专业：土木工程一、课程内容及要求本课程主要内容：对质点、质点系的刚体的机械运动（包括平衡）的规律有较系统的理解，掌握其中的基本概念，基本理论和基本方法及其应用。
学习重点：1．熟悉各种常见约束的性质，对简单的物体系统，能熟练地取分离体并画出受力图。
2．能运用平衡条件求解单个物体和简单物体系的平衡问题（包括考虑滑动摩擦的问题）。
对平面问题要求熟练。
3．熟悉刚体平动、定轴转动和平面运动的特征，并能熟练地计算刚体的角速度和角加速度、刚体内各点的速度和加速度，包括简单机构的运动分析。
4．掌握运动合成和分解的基本概念和方法。
熟练掌握点的速度合成定理和牵连运动为平动时的加速度合成定理的应用。
5．能正确地列出质点运动和刚体运动（包括刚体定轴转动和平面运动）的动力学微分方程并能求解有关的问题。
6．熟练掌握动力学普遍定理及相应的守恒定理，能熟练选择和综合应用这些定理去求解工程中简单的理论力学问题。
7．能掌握虚位移原理的有关概念及其应用。
学习难点：1．常见约束的性质，对简单的物体系统，能熟练地取分离体并画出受力图。
2．能运用平衡条件求解单个物体和简单物体系的平衡问题（包括考虑滑动摩擦的问题）。
对平面问题要求熟练。
3．掌握描述点的运动弧坐标法，能求点的运动方程，并能熟练地计算点的速度、加速度及其有关问题。
4．掌握运动合成和分解的基本概念和方法。
熟练掌握点的速度合成定理和牵连运动为平动时的加速度合成定理的应用。
掌握牵连运动为定轴转动时加速度合成定理及其应用。
5．能理解并熟练计算动力学中各基本物理量（动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等）6．能正确地列出质点运动和刚体运动（包括刚体定轴转动和平面运动）的动力学微分方程并能求解有关的问题。
7．熟练掌握动力学普遍定理及相应的守恒定理，能熟练选择和综合应用这些定理去求解工程中简单的理论力学问题。
理论力学教程哈工大
绪论 (2)第一章静力学公理和物体的受力分析 (3)§1-1 刚体和力的概念 (3)§1-2 静力学公理 (4)§1-3 约束和约束反力 (8)§1-4 物体的受力分析和受力图 (13)第二章平面汇交力系与平面力偶系 (20)§2-1 平面汇交力系合成与平衡的几何法 (20)§2-2 平面汇交力系合成与平衡的解析法 (25)§2-3 平面力对点之矩的概念及计算 (30)§2-4 平面力偶理论 (34)第三章平面任意力系 (41)§3-1 平面任意力系向作用面内一点简化 (41)§3-2平面任意力系的简化结果分析 (45)§3-3 平面任意力系的平衡条件和平衡方程 (48)§3-4 平面平行力系的平衡方程 (54)§3-5 物体系的平衡.静定和静不定问题 (56)§3-6 平面简单桁架的内力计算 (63)第四章空间力系 (69)§4-1 空间汇交力系 (69)§4-2 力对点的矩和力对轴的矩 (75)§4-3 空间力偶 (81)§4-4 空间任意力系向一点的简化.主矢和主矩 (85)§4-5 空间任意力系的简化结果分析 (87)§4-6 空间任意力系的平衡方程 (89)§4-7 空间约束的类型举例 (90)§4-8 空间力系平衡问题举例 (92)§4-9重心 (98)第五章摩擦 (109)§5-1 滑动摩擦 (109)§5-2 考虑摩擦时物体的平衡问题 (111)§5-3 摩擦角和自锁现象 (120)§5-4 滚动摩阻的概念 (124)小结 (128)绪论一、理论力学的研究对象和内容理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。
物体在空间的位置随时间的改变，称为机械运动。
理论力学哈工大第六版课件(经典)
绪
论
理论力学
1
牛顿第一定律 任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力 迫使它改变运动状态为止
牛顿第二定律 物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反 比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用 力的方向相同
牛顿第三定律 相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大 小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
(2) 球铰链
约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意 转动，但构件与球心不能有任何移动．
约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题．约束 力通过接触点,并指向球心,是一个不能预先确定的空间力.可用 三个正交分力表示．
（3）止推轴承
约束特点： 止推轴承比径向轴承多一个轴
向的位移限制．
F2
FR
为一个合力，此合力也作用于该点，合力
的大小和方向由这两个力为邻边所构成的 A
F1
平行四边形的对角线来确定。
即：合力为原两力的矢量和。
FR
F2
F2
F1 FR
FR F1F2 力三角形 A
A
F1
理论力学
10
公理2 二力平衡条件
作用于同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的 必要与充分条件是： 这两个力
图． 解：取屋架 画出简图
画出主动力
画出约束力
例1-3
水平均质梁 AB重为 ，P1电动机重
为 ，P不2 计杆 的C自D重，画出杆 和梁 的CD受力图A。B
解：
取 CD杆，其为二力构件，简称二
力杆，其受力图如图(b)
取 AB梁，其受力图如图 (c)
CD杆的受力图能否画
为图（d）所示？
《理论力学》全英文课程建设和教学实践中的思考
《理论力学》全英文课程建设和教学实践中的思考收稿日期：2018-01-03一、引言随着我国综合国力的提高，我国高等院校的教育质量也得到了快速的提升，国内院校对国外留学生的吸引力也越来越大，高等教育国际化发展的趋势愈发明显，这也进一步提升了中国院校在国际上的地位。
为了适应高等教育国际化发展的需求，国内很多院校都进行了重点课程的全英文教学的探索，提出了诸多优秀的方案，但是教学可行性和效果仍存在较大的争议[1]。
2014—2017年，上海海洋大学在上海市教委“高校外国留学生英语授课示范性课程”建设项目的支持下，进行了两轮《理论力学》全英课程教学的探索，课程主要针对工程专业的外国留学生，同时向全校相关专业本科生开放。
《理论力学》是工程专业的重要基础理论课程之一，在传统的中文教学中，该课程旨在教授学生对经典力学有系统的认识，并从更深更普遍的角度来理解力与机械运动的基本规律，掌握其在解决一些工程问题的方法。
能够掌握理论力学的重要概念和原理，以及实际力学简化模型，是工程类专业学生在后续的力学如结构力学、计算力学等课程学习的基础，同时也是学生在就业之后解决各类工程实践问题的重要理论基础。
在国内外院校工程类专业中，《理论力学》也是通用必修课，各国教材中涵盖的内容均以掌握经典理论和解决工程问题的方法为基本导向，因此，以《理论力学》为重点开展工科专业全英课程探索对推进高等教育国际化具有重要的意义。
很多相关专业高校教师对此也进行了讨论[2-11]。
本课题组在《理论力学》全英文课程建设和实施过程中进行了授课模式、教材建设和网站建设等内容的探索，对探索过程中的经验教训进行了归纳和总结，并在本文中进行了阐述，以期为国际化教学模式的发展提供一点参考。
二、课程建设和实践经验（一）注重合理选择教材，精练课程体系，引入现代分析方法理论力学本身涵盖的内容较多，尤其对于全英文授课方式，若内容繁多而授课时间过于紧张，会严重影响学生的上课积极性和知识接受的效率，因此我们在课程内容上会做严格的筛选，保留理论力学经典理论和分析方法，避免不停地灌输而压缩学生学习和思考积极性的辅助教学时间。
理论力学 《理论力学A》课程简介
《理论力学A》课程简介课程代码：课程名称：理论力学A英文名： Theoretical Mechanics A课程类别：专业基础课学时学分：90学时6学分先修课程：高等数学、大学物理授课对象：土木工程本科、土木工程（职师）专业开课单位：土木工程学院工程力学系教材：《理论力学》（Ⅰ）、（Ⅱ）第六版哈尔滨工业大学理论力学教研室编高教出版社2002.8 课程简介：理论力学是工科大学的一门重要的技术基础课。
它既是各门后续力学课程的理论基础，又是一门具有完整体系并继续发展着的独立的学科，而且在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
其内容分为三部分：静力学、运动学和动力学。
静力学主要研究力的基本性质，物体的受力分析与受力图及各种力系的简化与平衡；运动学主要研究物体运动的几何性质。
包括点的运动、刚体基本运动、点的合成运动；刚体平面运动。
动力学主要研究物体的机械运动与作用力之间的关系。
包括质点动力学基本方程；动量定理；质心运动定理；动量矩定理；刚体转动惯量，刚体定轴转动动力学方程；刚体相对于质心的动量矩定理，刚体平面运动微分方程；动能、势能，动能定理；质点和刚体的达朗伯原理；虚位移原理，机械振动基础,动力学普遍方程和第二类拉氏方程。
《理论力学A》课程教学大纲课程代码：课程名称：理论力学A英文名：Theoretical Mechanics A课程类别：专业基础课学时学分：90学时6学分先修课程：高等数学、大学物理授课对象：土木工程本科、土木工程（职师）专业开课单位：土木工程学院工程力学系教材：《理论力学》（Ⅰ）、（Ⅱ）第六版哈尔滨工业大学理论力学教研室编高教出版社2002.8 参考书目：《理论力学》同济大学同济大学出版社1992《理论力学习题解答》陈明编哈尔滨工业大学出版社1998《理论力学思考题解与思考题集》哈尔滨工业大学理论力学教研室编哈尔滨工业大学出版社2000《理论力学学习辅导》哈尔滨工业大学理论力学教研室编高教出版社2003一、课程目的和任务理论力学是一门理论性较强的技术基础课。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
p.7
理论力学
理论力学
一、静力学的模型（基本概念）
1. 刚体(Rigid Body)
物体内任意两点始终保持不变的距离或形状和尺寸始终
保持不变的物体。
实际的物体都是变形体，有：固体、流体（液体和气体）
物体系统:
构形不变的物体系——结构 构形可变的物体系——机构
p.8
理论力学
理论力学
一、静力学的模型（基本概念）
理论力学是力学学科的入门科学之一，也是分析工 程技术中力学问题的重要理论基础。 内容：静力学、运动学、动力学。
p.2
理论力学
理论力学
学习理论力学的目的
(Purpose of Studying Theoretical Mechanics)
理论力学是高等工科院校的机械、土建、动力类 专业的一门重要的技术基础课，是物理课程的力 学部分内容的进一步深入。
(1) 约束－－对非自由体运动的限制条件（周围物体）。
(2) 约束力－－约束对物体的作用力。是被动力（待求的未知 力）。 其作用线或方向：可由约束对物体运动的限制情况 而定，与所限制的运动方向相反。 其大小：与主动力的大小有关，用平衡条件求得。
p.10
理论力学
理论力学
3. 约束ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ约束力(Constraints)
归纳总结 抽象化
概念 公理 定律
数学演绎 和推导
定理 结论 方程
实际 应用
实践 检验
实
践
理
论
再实践
学习要求十八字诀： 掌握基本理论、理论联系实际、系统掌握理论
p.4
理论力学
理论力学
静 力 学
(Statics)
p.5
理论力学
理论力学
静力学－－研究刚体上的作用力。 静力学研究的三大问题：
1. 作用在刚体上的力系的等效替换或简化
理论力学
(3) 几种常见约束的约束力
(d) 光滑圆柱铰链
Ry
作用线：通过铰链中心
方向：待定（可用两个分力表示） (e) 固定铰支座
Y X XA
Rx
R
A YA
B
YB
B YB XB
(f) 圆柱轴承（滚珠轴承）
A
(g) 止推轴承
NA
p.13
理论力学
理论力学
二、静力学的公理
1. 平行四边形公理(Parallelogram Axiom) 作用在物体的同一点上的两个力的合力仍作用 在该点上，其大小和方向由两个力组成的平行 四边形的对角线表示。
2. 力(Force) 力是物体间相互的机械作用。（受力体、施力体）
(1) 力的作用效应： 外效应－－机械运动发生变化 内效应－－物体发生变形 (2) 力的三要素：作用点、大小、方向
(3) 力的分类：
F
集中力与分布力 内力与外力
主动力与约束力
p.9
理论力学
理论力学
一、静力学的模型（基本概念）
3. 约束和约束力(Constraints)
推论2. 三力平衡汇交定理：刚体在三个互不平行力作用下 平衡的必要条件是三力共面，且其作用线汇交一 点。
p.16
理论力学
理论力学
4. 作用与反作用公理(Action and Reaction) 两物体间的相互作用力总是同 时存在，且其大小相等、方向 相反、沿同一直线，但作用在 两个不同的物体上。 5. 刚化公理(Rigidization) 变形体在已知力系作用下处于平衡，若将之变 成刚体（刚化），则其平衡状态并不改变。
理论力学
理论力学
理 论 力 学
(Theoretical Mechanics)
上海理工大学 力学教研室
p.1
理论力学
理论力学
理论力学的研究对象
(Subject of Theoretical Mechanics)
理论力学是研究物体机械运动的一般规律的科学。 机械运动－－物体在空间内几何位置的改变。
一般规律－－物体的运动与作用力之间的关系。
1. 为学习后续课程（材料力学、流体力学、机械设计 等）打基础。
2. 为解决工程技术中有关的力学问题打基础。
3. 为学习和掌握科学研究的方法打基础。
p.3
理论力学
理论力学
理论力学的研究方法
(Research Way of Theoretical Mechanics)
生活实践 生产实践 科学实验
R F2 F1 R
R F1 F 2
R
2
F1 sin
2
F 1 F 2 2 F 1 F 2 cos
F2 sin 1 R sin( 180
2
2
1 F1
F2
)
p.14
理论力学
理论力学
2. 二力平衡公理(Equilibrium of Two Forces) 作用在同一刚体上两力平衡的必要和充分条件 是：两力等值、反向、共线。
T
YC
XC
A
P
p.18
理论力学
理论力学
本章主要内容
一、理论力学的研究对象、学习目的和研究方法 二、静力学的基本概念 三、静力学的公理 四、受力分析和受力图
等效替换－－两个作用效果相同的力系间的相互 替换。 简化－－用简单的力系替换复杂的力系。 2. 作用在刚体上的力系的平衡条件 平衡条件－－物体处于平衡时，作用力系应满足的 条件。
3. 物体的受力分析
p.6
理论力学
理论力学
静力学的基本概念和公理
(Basic Concepts and Axioms of Statics)
(3) 几种常见约束的约束力 (a) 柔性体（绳索、皮带、链条）
T1’ T1
T
T2’ T2
作用线：沿柔性体 方向：离开非自由体（拉力）
p.11
理论力学
理论力学
(3) 几种常见约束的约束力 (b) 光滑面
R N
作用线：沿约束面的公法线
方向：指向非自由体（压力）
(c) 滚轴支承
N
N
N
p.12
理论力学
B FB
F A FB
A FA
二力构件
p.15
理论力学
理论力学
3. 加减平衡力系公理
(Adding & Subtracting Equilibrium Forces System)
若在作用于刚体上的已知力系上添加或减去任何 平衡力系，则对刚体的作用效应并不改变。
＝
推论1. 力的可传性原理：作用于刚体上的力可沿其作用线 移到刚体内的任一点，而不改变对刚体的作用。
F’
F
p.17
理论力学
理论力学
三、物体的受力分析和受力图
(Force Analysis and Force Diagram)
解决力学问题，首先必须明确研究对象（取分 离体），然后进行受力分析（画出受力图），最 后利用平衡条件列出方程求解。
SD D C D B B SB XA YA C XA A xC’ YC’ B SB’ A YA T C C SD D P B