理论力学是研究物体机械运动一般规律的一门学科,主要研究宏观物体的机械运动规律,是一门重要的专业基础课。理论力学以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础,采用矢量力学和分析力学方法,给出了一般质点系、刚体和刚体系的空间运动描述、运动与力之间关系的普遍研究方法。
理论力学是一门有较强理论性的技术基础课,学习理论力学的主要原因:
(1)理论力学揭示了力学中最普遍的基本规律。工科专业的其它力学和专业基础课,如材料力学、结构力学、弹塑性力学、流体力学、振动理论、机械原理、机械设计等,都以理论力学为基础。
(2)理论力学是解决机械和结构动力问题的理论基础。在机械、交通、航空航天、土木等工程领域存在大量动力学问题,例如机械减振、结构抗风抗震等,可以直接应用理论力学的基本理论去解决,或采用理论力学结合其它专业知识解决,理论力学的学习为解决工程问题打下基础。
(3)理论力学以数学为基础,推导严密、逻辑性强,可以培养解决科学问题的思路与研究途径。
理论力学包括静力学、运动学和动力学三部分:
静力学:给出基本概念和公理、力系简化方法和结果、力系的平衡条件、桁架内力的求解方法、摩擦概念以及存在摩擦的平衡问题等;
运动学:从几何角度研究质点系运动,给出质点、刚体、刚体系的运动描述,包括:质点运动学、刚体基本运动、刚体平面运动及点的合成运动等;
动力学:建立质点系运动与受力的关系,给出研究运动与力关系的普遍方法,包括:质点运动微分方程、动量定理、动量矩定理、动能定理、碰撞、达朗伯原理、虚位移原理、动力学普遍方程、第二类拉氏方程等。
本课程的主要特点:
(1)采用多种模式相融合的方式进行课程建设。除传统的理论课外,还增加了外语教学、实验教学和扩展知识阅读等。理论课教学:注重教学方法改进,采用自由度概念将课程内容完整融合;外语教学:部分章节引入全英语教学,并采用英文原版教材,以开阔学生视野;实验教学:增加实验教学视频,有效解决在线课程实验参与度不足的问题;扩展知识阅读:引入与工程相关的扩展知识,包括相关文献及团队成员的最新科研成果,培养学生理论联系实际、解决工程实际问题能力。
(2)采用团队建设。共有9位老师参加(其中8位具有博士学位)。有多位成员参与工程力学和理论力学(网络版)国家精品课程(2010,2009)、国家共享课程(2016,2014)建设,并有多位老师在全国基础力学讲课比赛中获奖,包括特等奖、一等奖及二等奖等。团队成员年龄分布合理,课程具有较好的传承性和创新性。
(3)注重将科研成果、现代软件技术融合进课程设计。团队成员教学、科研并重,由团队成员主持的国家自然基金项目共13项,课题研究使得教学深度、广度得到有效提高。团队还注重将现代软件技术融进课程,如采用Mathematica、Matlab、Ansys,Adams、Ls-dyna等软件进行公式推导、数值仿真,并将结果应用于课件制作(如船桥碰撞、汽车直行跑偏等),以提高课件质量。
本课程总成绩为100分。
平时测试成绩按30%计入总成绩;作业按20%计入总成绩;
课程结束后进行一次统一安排的考试,以50%计入总成绩。
总成绩达到60分及以上的,可申请本课程的合格证书;成绩达到85分及以上可申请优秀学员证书。
8 点的合成运动
8.3广义坐标和自由度
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9 动力学基本定律质点运动微分方程
9.1 动力学绪论
9.2 质点运动微分方程应用
9.1-2a 质点运动微分方程(英文)
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第9章本章单元测验
第9章本章单元作业
10 动量定理
10.1 动量定理
10.2 质心运动定理
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第10章本章单元测验
第10章本章单元作业
11 动量矩定理
11.1 动量矩定理1
11.2 动量矩定理2
11.3 动量矩定理3
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11.1a 转动惯量实验视频
第11章本章单元测验
第11章本章单元作业
12 动能定理
12.1 动能定理推导
12.2 力的功
12.3 动能
12.4 动能定理应用
12.5 势能
12.6 机械能守恒
12.7 动力学三定理综合应用
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第12章本章单元测验
第12章本章单元作业
13 碰撞
13.1碰撞的概念及用于碰撞过程的基本定理
13.2 恢复因数
13.3 碰撞问题动力学分析应用
13.4 碰撞中心
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第13章本章单元测验
第13章本章单元作业
14 达朗贝尔原理
14.1 质点、质点系的达朗伯原理
14.2 质点系惯性力系 简化
14.3 达朗伯原理应用1
14.4 达朗伯原理应用2
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第14章本章单元测验
第14章本章单元作业
15 虚位移原理
15.1 虚位移原理的引出及自由度、虚位移的概念
15.2 虚功的概念及虚位移原理
15.3虚位移原理应用
15.4 广义力表示的质点系平衡条件
15.5 势力场中质点系的平衡条件及平衡稳定性
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第15章本章单元测验
第15章本章单元作业
16 动力学普遍方程和拉格朗日方程(第二类)
16.1 动力学普遍方程
16.2 拉格朗日方程推导
16.3 拉格朗日方程应用
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第16章本章单元测验
第16章本章单元作业