基本介紹
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概念
力學在量子力學出現前的總稱，研究巨觀物體的運動規律，包括以牛頓運動定律為基礎的經典理論和狹義相對論。I．牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中提出的運動三定律和萬有引力定律為經典力學奠定了基礎。L．歐拉，J．-L．拉格朗日、W．R．哈密頓等繼牛頓之後，發展了不同的體系，推廣了力學在自然科學和工程技術中的套用。
學者們根據經典力學的定律和萬有引力定律曾經精確地預言彗星和小行星等的運動，並且得到了驗證；還根據這些定律預言並發現了新的行星。經典力學套用的成功以及麥克斯韋的電磁學理論預測電磁波的成功曾使19世紀末一些物理學家以為物理學在原則上已是完善的。
以牛頓定律為基礎的力學理論是有它的局限性的。當物體的運動速度可與光速比擬時，對運動的分析要求放棄絕對空間和時間的概念，A．愛因斯坦於1905年建立的狹義相對論對此作了徹底的改革。在狹義相對論中，給出了長度收縮效應和時間膨脹效應，從而得出質點的質量是速度的函式，當質點速度接近光速時，質量趨於無限大。在物體的速度比光速小得多的條件下，牛頓定律成為相對論的特殊情況。在相對論動力學中也可套用拉格朗日和哈密頓的方法，但此時的拉格朗日函式和啥密頓函式不同於非相對論力學中的相應函式。
20世紀20年代，L．-V．德布羅意、E．薛丁格、W．K．海森伯、P．A．M．狄喇克等物理學家建立了研究電子、質子等微觀粒子行為的量子力學。量子力學的一個基本觀點是微觀粒子的行為不能以空間和時間的確定函式表達，故量子力學是非經典的。
由於牛頓力學和相對論力學在描述物體行為的觀點上是一致的，現代的經典力學著作都把狹義相對論的知識作為經典力學的組成部分。這些著作常包括牛頓力學和其重要發展體系——拉格朗日體系、哈密頓體系，以及狹義相對論等部分。因此，經典力學可分為非相對論經典力學和相對論經典力學。
經典力學是力學的一個分支。經典力學是以牛頓運動定律為基礎，在巨觀世界和低速狀態下，研究物體運動的基要學術。在物理學裡，經典力學是最早被接受為力學的一個基本綱領。經典力學又分為靜力學（描述靜止物體）、運動學（描述物體運動）和動力學（描述物體受力作用下的運動）。在十六世紀，伽利略·伽利萊就已採用科學實驗和數學分析的方法研究力學。他為後來的科學家提供了許多豁然開朗的啟示。艾薩克·牛頓則是最早使用數學語言描述力學定律的科學家。
基本定律
牛頓第一定律
牛頓第二定律
公式：F（合）=kma【當F（合）、m和a 採用國際單位制N、kg和m/s2時，k=1】
牛頓第三定律
萬有引力定律
基本假定
由此可知，經典力學實際上只適用於與光速相比低速運動的情況。在高速運動情況下，時間和長度不能再認為與觀測者的運動無關。
第二個假定：一切可觀測的物理量在原則上可以無限精確地加以測定。
由此可知，經典力學只適用於巨觀物體。在微觀系統中，所有物理量在原則上不可能同時被精確測定。因此經典力學的定律一般只是巨觀物體低速運動時的近似定律。
套用範圍
它在許多場合非常準確。經典力學可用於描述人體尺寸物體的運動（如陀螺和棒球），許多天體（如行星和星系）的運動，以及一些微尺度物體（如有機分子）。
在低速運動的物體中，經典力學非常實用，雖然愛因斯坦提出了相對論，但是在生活中，我們幾乎不會遇見高速運動（光速級別），因此，我們還是會以經典力學解釋各種現象。但是在高速運動或極大質量物體之間，經典力學就 “ 心有餘而力不足”了。這也正是現代物理學的範疇。
發展
古希臘
他的著作一度被當作古代世界學術的百科全書，在西方有著極大的影響，以致他的很多錯誤觀點在長達2000年的歲月中被大多數人所接受。
古代中國
在中國古代，墨子提出“力，重之謂”，首次將重量看做一種力，將重力與質量區分開。又提出“力，形之所以奮也”，即力是物體加速運動的原因，儘管“加速運動”與“運動狀態的改變”仍有較大區別，但這已經是一個巨大的進步，領先西方近兩千年。可惜，由於秦漢戰亂，墨家逐漸消亡，儒家占據統治地位使得自然科學研究被看做“奇技淫巧”，因此中國的經典力學研究沒有發展下去。
16世紀-17世紀
英國科學家牛頓在前人研究和實踐的基礎上，經過長期的實驗觀測、數學計算和深入思考，提出了力學三大定律和萬有引力定律，把天體力學和地球上物體的力學統一起來，建立了系統的經典力學理論。經典力學概括來說，是由伽利略及其時代的優秀物理學家奠基，由牛頓正式建立。所以牛頓曾說過，他是站在了巨人的肩膀上。
18世紀-19世紀
微分幾何的發展為經典力學注入了蒸蒸日盛的生命力，是研究現代經典力學的主要數學工具。
20世紀
現代力學推翻了絕對空間的概念：即在不同空間發生的事件是絕然不同的。例如，靜掛在移動的火車車廂內的時鐘，對於站在車廂外的觀察者來說是呈移動狀態的。但是，經典力學仍然確認時間是絕對不變的。
在日常經驗範圍中，採用經典力學可以計算出精確的結果。但是，在接近光速的高速度或強大引力場的系統中，經典力學已被相對論力學取代；在小距離尺度系統中又被量子力學取代；在同時具有上述兩種特性的系統中則被相對論性量子場論取代。雖然如此，經典力學仍舊是非常有用的。因為：它比上述理論簡單且易於套用。
雖然經典力學和其他“經典”理論（如經典電磁學和熱力學）大致相容，在十九世紀末，還是發現出有些只有現代物理才能解釋的不一致性。特別是，經典非相對論電動力學預言光速在以太內是常數，經典力學無法解釋這預測，並導致了狹義相對論的發展。經典力學和經典熱力學的結合又導出吉布斯佯謬（熵無定義）和紫外災難（黑體發射無窮能量）。為解決這些問題的努力造成了量子力學的發展。
理論的表述
經典力學有許多不同的理論表述方式：
牛頓力學（矢量力學）的表述方式。
拉格朗日力學的表述方式。
哈密頓力學的表述方式。
以下介紹經典力學的幾個基本概念。為簡單起見，經典力學常使用質點來模擬實際物體。質點的尺寸大小可以被忽略。質點的運動可以用一些參數描述：位移、質量、和作用在其上的力。
實際而言，經典力學可以描述的物體總是具有非零的尺寸。（真正的質點，例如電子, 必須用量子力學才能正確描述）。非零尺寸的物體比虛構的質點有更複雜的行為，這是因為自由度的增加。例如，棒球在移動的時候可以旋轉。雖然如此，質點的概念也可以用來研究這種物體，因為這種物體可以被認知為由大量質點組成的複合物。如果複合物的尺寸極小於所研究問題的距離尺寸，則可以推斷複合物的質心與質點的行為相似。因此，使用質點也適合於研究這類問題。
分支
歷史
古希臘的哲學家，包括亞里士多德在內，可能是最早提出“萬有之本，必涵其因”論點，以及用抽象的哲理嘗試敲解大自然奧秘的思想家。當然，對於現代讀者而言，許多仍舊存留下來的思想是蠻有道理的，但並沒有無懈可擊的數學理論與對照實驗來闡明和證實。而這些方法乃現代科學，如經典力學，能形成的最基本因素。
十九世紀後期，尖端的理論與實驗挖掘出許多撲朔迷離的難題。經典力學與熱力學的連結導至出經典統計力學的吉布斯佯謬（熵混合不連續特性）。在原子物理的領域，原子輻射呈現線狀光譜，而不是連續光譜。眾位大師盡心竭力研究這些難題，引導發展出現代的量子力學。同樣的，因為經典電磁學和經典力學在坐標變換時的互相矛盾，終就創發出驚世的相對論。
自二十世紀末後，不再能虎山獨行的經典力學，已與經典電磁學被牢牢的嵌入相對論和量子力學裡面，成為在非相對論性和非量子力學性的極限，研究質點的學問。
有效範圍
許多經典力學的分支乃是更精準理論的簡化或近似。兩個最精準的例子是廣義相對論和相對論性統計力學。幾何光學乃量子光學的近似，並沒有比它更優秀的理論了。
一般來說，經典力學適用於弱引力場中的巨觀物體的低速運動。
完善
牛頓在他的巨著《自然哲學的數學原理》里發表了三條牛頓運動定律；慣性定律，加速度定律，和作用與反作用定律。他示範了這些定律能支配著普通物體與天體的運動。特別值得一提的是，他研究出克卜勒定律在理論方面的詳解。牛頓先前已創發的微積分是研究經典力學所必備的數學工具。1738年，伯努利出版了《流體力學》，解決了流體運動問題；達朗貝爾進而於1743年出版了《力學研究》，把動力學問題化為靜力學來處理，提出了所謂達朗貝爾原理；莫培督接著在1744年提出了最小作用原理。把解析方法進一步貫徹到底的是拉格朗日1788年的《分析力學》和拉普拉斯的《天體力學》(在1799～1825年間完成)。前者雖說是一本力學書，可是沒有畫一張圖，自始至終採用的都是純粹的解析法，因而十分出名，運用廣義坐標的拉格朗日方程就在其中。後者專門用牛頓力學處理天體問題，解決了各種各樣的疑難。《分析力學》和《天體力學》可以說是經典力學的頂峰。 在分析力學方面做出傑出貢獻的還有其他一批人，他們使經典力學在邏輯上和形式上更加令人滿意。就這樣，經過牛頓的精心構造和後人的著意雕飾，到了十八世紀初期，經典力學這一宏偉建築巍然矗立，無論外部造型之雅致，還是內藏珍品之精美，在當時的科學建築群中都是無與倫比的。經典力學正確地反映了弱引力情況下、低速巨觀物體運動的客觀規律，使人類對物質運動的認識大大地向前跨進了一步。
相關補充
牛頓深入研究了這些經驗規律和初步的現象性理論，發現了巨觀低速機械運動的基本規律，為經典力學奠定了基礎。亞當斯根據對天王星的詳細天文觀察，並根據牛頓的理論，預言了海王星的存在，以後果然在天文觀察中發現了海王星。於是牛頓所提出的力學定律和萬有引力定律被普遍接受了。
經典力學中的基本物理量是質點的空間坐標和動量：一個力學系統在某一時刻的狀態，由它的某一個質點在這一時刻的空間坐標和動量表示。對於一個不受外界影響，也不影響外界，不包含其他運動形式(如熱運動、電磁運動等)的力學系統來說，它的總機械能就是每一個質點的空間坐標和動量的函式，其狀態隨時間的變化由總能量決定。
在經典力學中，力學系統的總能量和總動量有特別重要的意義。物理學的發展表明，任何一個孤立的物理系統，無論怎樣變化，其總能量和總動量數值是不變的。這種守恆性質的適用範圍已經遠遠超出了經典力學的範圍，截止到2013年還沒有發現它們的局限性。
早在19世紀，經典力學就已經成為物理學中十分成熟的分支學科，它包含了豐富的內容。例如：質點力學、剛體力學、分析力學、彈性力學、塑性力學、流體力學等。經典力學的套用範圍，涉及到能源、航空、航天、機械、建築、水利、礦山建設直到安全防護等各個領域。當然，工程技術問題常常是綜合性的問題，還需要許多學科進行綜合研究，才能完全解決。例如紙錐揚聲器的振動模式。
機械運動中，很普遍的一種運動形式就是振動和波動。聲學就是研究這種運動的產生、傳播、轉化和吸收的分支學科。人們通過聲波傳遞信息，有許多物體不易為光波和電磁波透過，卻能為聲波透過；頻率非常低的聲波能在大氣和海洋中傳播到遙遠的地方，因此能迅速傳遞地球上任何地方發生的地震、火山爆發或核爆炸的信息；頻率很高的聲波和聲表面波已經用於固體的研究、微波技術、醫療診斷等領域；非常強的聲波已經用於工業加工等。
相關書籍
《經典力學研究 International Journal of Mechanics Research》 是一本關注力學領域最新進展的國際中文期刊，由漢斯出版社發行。本刊支持思想創新、學術創新，倡導科學，繁榮學術，集學術性、思想性為一體，旨在為了給世界範圍內的科學家、學者、科研人員提供一個傳播、分享和討論力學領域內不同方向問題與發展的交流平台。
研究領域：
- 經典力學
- 基礎力學
- 分析力學
- 材料力學
- 固體力學
- 流體力學
- 彈性力學
- 板殼力學
- 塑性力學
- 斷裂力學
- 結構力學
- 套用力學
- 工程力學
- 流變學
- 爆炸力學
- 物理力學
- 化學流體動力學
- 電漿動力學
- 電流體動力學
- 磁流體力學
- 熱彈性力學
力學其他學科
圖書
信息
作者：范欽珊
ISBN：9787302095002
定價：32元
印次：1-12
裝幀：平裝
印刷日期：2013-6-18
簡介
本書是根據教育部頒布的“理論力學教學基本要求”編寫的，刪除了與大學物理重疊的內容，同時注意與“材料力學”課程中相關內容的貫通和融合。因而，與現行同類教材相比，篇幅有較大的幅度的減少。
全書內容分為3篇共13章，第1篇是工程靜力學基礎，包括受力分析概述、力系的等效與簡化和靜力學平衡問題等3章；第2篇是工程運動學基礎，包括運動分析基礎、點複合運動分析和剛體的平面運動分析等3章；第3篇是工程動力學基礎，包括質點動力學、動量定理及其套用、動量矩定理及其套用、運能定理及其套用、達朗貝爾原理及其套用、虛位移原理及其套用、運力學普遍方程和第二類拉格朗日方程等7章。
本書可作為高等院校理工科專業理論力學課程的教材。
前言
本書是為套用型大學相關專業編寫的。編寫本書一方面是為了滿足那些對理論力學的難度要求不高，但對理論力學的基礎知識有一定了解並且具有一定深度的專業的要求，更好地適應這些專業的素質教育需要；另一方面是為了適應新的教育教學改革的形勢。
編寫本書的一個基本原則就是從素質教育的要求出發，更注重基本概念，而不追求冗長的理論推導與繁瑣的數字運算。
理論力學與很多領域的工程問題密切相關。理論力學教學不僅可以培養學生的力學素質，而且可以加強學生的工程概念。這對於他們向其他學科或其他工程領域擴展是很有利的。與以往的同類教材相比，本書的難度有所下降，工程概念有所加強，引入了一些涉及廣泛領域的工程實例、例題和習題。
為了讓學生更快地掌握最基本的知識，我們在概念、原理的敘述方面作了一些改進，做法之一是從提出問題、分析問題和解決問題等方面作了比較詳盡的論述與討論；做法之二是安排了較多的例題分析，而且在大部分例題的最後，都安排了“本例討論”。我們相信這將有助於讀者提高套用基本概念和基本方法分析和解決問題的能力，有助於學生加深對基本內容的了解和掌握。
本書內容的選取以教育部頒布的“理論力學教學基本要求”為依據，刪除了與大學物理重疊的內容，同時注意與“材料力學”課程相關內容的貫通和融合。因而，與現行同類教材相比，本書的篇幅有較大幅度的減少。
全書分為工程靜力學基礎、工程運動學基礎和工程動力學基礎3篇共13章。工程靜力學基礎篇包括：受力分析概述、力系的等效與簡化和靜力學平衡問題等3章；工程運動學基礎篇包括：運動分析基礎、點的複合運動分析和剛體的平面運動分析等3章；工程動力學基礎篇包括：質點動力學、動量定理及其套用、動量矩定理及其套用、動能定理及其套用、達朗貝爾原理及其套用、虛位移原理及其套用、動力學普遍方程和第二類拉格朗日方程等7章。其中第13章“動力學普遍方程和第二類拉格朗日方程基礎”為選學內容。
根據不同院校的實際情況，必修部分（前12章）所需教學時數約為48~64；選學部分（第13章）所需教學時數約為4~6。這樣的教學時數與大部分院校的理論力學教學時數大體接近。
作者
2004年5月於北京
目錄
緒論1
第1篇工程靜力學基礎
第1章受力分析概述11
1.1靜力學模型11
1.2力的基本概念12
1.3工程中常見的約束與約束力15
1.4受力分析與受力圖19
1.5結論與討論23
習題25
第2章力系的等效與簡化29
2.1力對點之矩與力對軸之矩29
2.2力偶與力偶系33
2.3力系等效定理36
2.4力系的簡化38
2.5結論與討論44
習題47
第3章靜力學平衡問題51
3.1平衡與平衡條件51
3.2任意力系的平衡方程52
3.3平面力系的平衡方程54
3.4平衡方程的套用55
3.5剛體系統平衡問題63
3.6平面靜定桁架的靜力分析67
3.7考慮摩擦時的平衡問題73
3.8結論與討論87
習題92
第2篇工程運動學基礎
第4章運動分析基礎107
4.1點的運動學107
4.2剛體的簡單運動117
4.3結論與討論126
習題127
第5章點的複合運動分析131
5.1點的複合運動的基本概念131
5.2點的速度合成定理133
5.3牽連運動為平移時點的加速度合成定理135
5.4牽連運動為轉動時點的加速度合成定理科氏加速度138
5.5結論與討論147
習題149
第6章剛體的平面運動分析155
6.1剛體平面運動方程及運動分解155
6.2平面圖形上各點的速度分析159
6.3平面圖形上各點的加速度分析170
6.4運動學綜合套用舉例174
6.5結論與討論178
習題180
第3篇工程動力學基礎
第7章質點動力學189
7.1質點運動微分方程189
7.2非慣性系下的質點運動微分方程193
7.3機械振動基礎196
7.4結論與討論205
習題208
第8章動量定理及其套用215
8.1動量定理及其守恆形式215
8.2質心運動定理222
8.3結論與討論225
習題228
第9章動量矩定理及其套用231
9.1質點與剛體的動量矩231
9.2動量矩定理及其守恆形式237
9.3相對質心的動量矩定理240
9.4剛體定軸轉動微分方程與平面運動微分方程242
9.5動量和動量矩定理在碰撞問題中的套用248
9.6結論與討論252
習題252
第10章動能定理及其套用259
10.1力的功259
10.2動能264
10.3動能定理及其套用266
10.4勢能的概念機械能守恆定律及其套用270
10.5動力學普遍定理的綜合套用272
10.6結論與討論283
習題284
第11章達朗貝爾原理及其套用289
11.1慣性力與達朗貝爾原理289
11.2慣性力系的簡化294
11.3達朗貝爾原理的套用示例297
11.4結論與討論303
習題306
第12章虛位移原理及其套用311
12.1引言311
12.2基本概念313
12.3虛位移原理320
12.4結論與討論330
習題333
*第13章動力學普遍方程和第二類拉格朗日方程337
13.1動力學普遍方程337
13.2第二類拉格朗日方程338
13.3動力學普遍方程和第二類拉格朗日方程的套用341
13.4結論與討論348
習題349
習題答案352
索引363
參考文獻366
理論力學
作者：陳立群等
上海市教育委員會高校重點教材建設項目
圖書詳細信息
ISBN：9787302123033
定價：23元
印次：1-5
裝幀：平裝
印刷日期：2013-7-26
圖書簡介
作為理論力學教材，本書參照最新的課程基本要求編寫。全書除緒論外分10章，依次為力和約束、力系的簡化、平衡問題——矢量方法、點的運動和剛體基本運動、點的合成運動、剛體的平面運動、質點動力學、質點系動力學——矢量方法、平衡問題——能量方法、質點系動力學——能量方法。本書精選了例題，並附有解題指導和習題，另配有全部習題的詳細解答供教師參考。
本書可作為教學—研究型高校和教學型高校的機械、土建、水利、航空、動力等專業學生的多學時理論力學課程教材。略去帶星號章節後，也可用作其他專業中、少學時理論力學課程的教材。
前言
理論力學是高等理工科院校普遍開設的一門技術基礎課，是後續力學課程和其他相關專業課程的基礎。在中國高等教育的改革與發展中，學校的層次和類型不斷增加，不同學校和專業對理論力學課程提出了不同的要求，理論力學課程的學時也有所減少。同時，隨著高等教育的普及化和高校的擴招，學生的情況也發生了變化。為滿足這些變化所產生的對教材的新的需求特編寫了本書。
作為理論力學教材，本書參照最新的課程基本要求編寫。全書除緒論外共分10章。
在編寫過程中，我們試圖用現代和實用的觀點，闡述理論力學的核心內容和方法。既要大體保持本門課程基本內容的完整性，又要注意與先修的高等數學、物理課程的銜接及與材料力學、機械原理等後續課程的過渡。尤其是要充分套用先修課的知識，提高本課程起點，同時為後續課程奠定紮實的理論力學基礎。在最佳化教學內容的同時，加強對學生能力的培養，具體包括力學和數學建模能力、數學模型的分析能力、邏輯思維能力等。在具體寫法方面，力求概念清晰，論證嚴謹，敘述簡要。
具體來講，本書具有下列特點。
（1） 體系調整。在靜力學和動力學中，突出矢量方法和能量方法兩條主線。在運動學中適當加強了解析方法的內容。
（2） 內容精簡。例如，揚棄了理論力學傳統教材中的靜力學公理體系；在敘述靜力學和動力學的能量方法時，沒有考慮非定常約束。
（3） 定位明確。本教材的基本使用對象為教學—研究型高校和教學型高校中等程度學生。在例題和習題選擇時也考慮了部分學生的考研需要。
（4） 篇幅緊湊。對學有餘力的學生，本教材附有“參考文獻”和“閱讀建議”引導他們自學更深入的內容，也可供教師備課尤其在擴展教學內容時參考。
（5） 教材模組化，以便於不同學時的課程選用。教材內容以多學時課程基本要求為限，在章節安排上，考慮同時便於中、少學時課程使用。
（6） 考慮到本教材對象的實際情況，本教材可獨立使用，不依賴任何電子教材，也沒有涉及數值方法和使用計算機的解題訓練。
本書第1~3章由上海套用技術學院薛紜教授編寫，第4~6章由北京信息科技大學（籌）戈新生教授編寫，第7，8章和附錄由上海大學徐凱宇教授編寫，其他部分由上海大學陳立群教授編寫，全書由陳立群加工定稿。編寫工作得到各方面的支持和鼓勵，編寫過程中汲取了已出版的國內外相關教材的許多寶貴經驗。本書立項過程中承蒙上海交通大學劉延柱教授和洪嘉振教授以及上海大學程昌鈞教授熱情推薦。書稿承蒙北京理工大學梅鳳翔教授和上海交通大學劉延柱教授詳細審閱，並提出許多寶貴意見。作者謹表示衷心感謝。
本書受到“上海市教育委員會高校重點教材建設項目”資助，在此鳴謝！
目錄
緒論1
0.1理論力學的內容1
0.2理論力學發展簡史2
0.3理論力學的學習方法4
第1章力和約束6
1.1力、力矩和力偶6
1.2約束的基本類型13
1.3物體的受力分析和受力圖16
習題19
第2章力系的簡化22
2.1力系的基本特徵量——主矢與主矩22
2.2一般力系向某點的簡化24
2.3平行力系和重心27
習題30
第3章平衡問題——矢量方法33
3.1力系的平衡方程及其套用33
3.2考慮摩擦的平衡問題42
3.3平面桁架的靜力計算50
習題53
第4章點的運動和剛體基本運動61
4.1點的運動61
4.2剛體的平移71
4.3剛體的定軸轉動72
習題78
第5章點的合成運動82
5.1絕對運動、相對運動和牽連運動82
5.2速度合成定理84
5.3加速度合成定理88
習題96
第6章剛體的平面運動101
6.1剛體平面運動的描述101
6.2平面運動剛體上點的速度104
6.3*平面運動剛體上點的加速度111
習題118
第7章質點動力學122
7.1質點運動的動力學建模122
7.2質點運動的動力學分析125
7.3*非慣性參考系中的質點運動135
習題139
第8章質點系動力學——矢量方法142
8.1動量定理和動量矩定理143
8.2動力學建模的動靜法160
8.3碰撞問題172
習題178
第9章平衡問題——能量方法184
9.1功和勢能185
9.2虛功原理189
9.3*廣義坐標表示的虛功原理193
習題198
第10章質點系動力學——能量方法202
10.1動能和動能定理203
10.2*拉格朗日方程208
10.3動力學綜合套用214
習題220
附錄A常見幾種均質物體的轉動慣量和迴轉半徑225
習題答案228
參考文獻236
閱讀建議237
