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个人介绍
机械理论力学

主讲教师：

教师团队：共1位

  • 李洪
学校： 吉林大学
开课院系： 机械科学与工程学院
专业大类： 力学
开课专业： 一般力学与力学基础 
力学是研究物质机械运动规律的科学。自然界物质有多种层次，从宇观的宇宙体系，宏观的天体和常规物体，细观的颗粒、纤维、晶体，到微观的分子、原子、基本粒子。通常理解的力学以研究天然的或人工的宏观对象为主。但由于学科的互相渗透，有时也涉及宇观或细观甚至微观各层次中的对象以及有关的规律。本系列主要涉及了理论力学相关内容的研究，其中包含静力学、运动学、动力学等实践学习和例题分析。

教师简介

李洪

职称：教授

单位：吉林大学

力学

简介

力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力下的形变，以及速度远低于光速的运动过程的一门自然科学。力学是物理学、天文学和许多工程学的基础，机械、建筑、航天器和船舰等的合理设计都必须以经典力学为基本依据。机械运动是物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学运动，是物质在时间、空间中的位置变化，包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等。而平衡或静止，则是其中的特殊情况。物质运动的其他形式还有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和化学运动等。

力是物质间的一种相互作用，机械运动状态的变化是由这种相互作用引起的。静止和运动状态不变，则意味着各作用力在某种意义上的平衡，因此，力学可以说是力和(机械)运动的科学。

力学在汉语中的意思是力的科学。汉语“力”字最初表示的是手臂使劲，后来虽又含有他义，但都同机械或力学实验运动没有直接联系。“力学”一词的英语是mechanics(源于希腊语μηχανη──机械)。在英语中，mechanics是一个多义词，既可释作“力学”，也可释作“机械学”、“结构”等。在欧洲其他语种中，此词的语源和语义都与英语相同。汉语中没有同它对等的多义词。mechanics在19世纪50年代作为研究力的作用的学科名词传入中国时，译作“重学”，后来改译作“力学”，一直使用至今。“力学的”和“机械的” 在英语中同mechanical，而现代汉语中“机械的”又可理解为“刻板的”。这种不同语种中词义包容范围的差异，有时引起国际学术交流中的周折。例如机械的(mechanical)自然观，其实指用力学解释自然的观点，而英语mechanist是指机械师，不是指力学家。

学科分类

力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体运动和所受力的关系。

力学也可按所研究对象区分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支。根据研究对象具体的形态、研究方法、研究目的的不同，固体力学可以分为理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、板壳力学、塑性力学、断裂力学、机械振动、声学、计算力学、有限元分析等等，流体力学包含流体静力学、流体动力学等等。根据针对对象所建立的模型不同，力学也可以分为质点力学、刚体力学和连续介质力学。连续介质通常分为固体和流体，固体包括弹性体和塑性体。

固体力学和流体力学从力学分出后，余下的部分组成一般力学。一般力学通常是指以质点、质点系、刚体、刚体系为研究对象的力学，有时还把抽象的动力学系统也作为研究对象。一般力学除了研究离散系统的基本力学规律外，还研究某些与现代工程技术有关的新兴学科的理论。

一般力学、固体力学和流体力学这三个主要分支在发展过程中，又因对象或模型的不同出现了一些分支学科和研究领域。属于一般力学的有理论力学(狭义的)、分析力学、外弹道学、振动理论、刚体动力学、陀螺力学、运动稳定性等；属于固体力学的有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；流体力学是由早期的水力学和水动力学这两个风格迥异的分支汇合而成，到了21世纪则有空气动力学、气体动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等分支。各分支学科间的交叉结果又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等。力学也可按研究时所采用的主要手段区分为三个方面：理论分析、实验研究和数值计算。实验力学包括实验应力分析、水动力学实验和空气动力实验等。着重用数值计算手段的计算力学，是广泛使用电子计算机后才出现的，其中有计算结构力学、计算流体力学等。对一个具体的力学课题或研究项目，往往需要理论、实验和计算这三方面的相互配合。

力学在工程技术方面的应用结果形成工程力学或应用力学的各种分支，诸如土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学、工业空气动力学、环境空气动力学等。

力学和其他基础科学的结合也产生一些交又性的分支，最早的是和天文学结合产生的天体力学。在20世纪特别是60年代以来，出现更多的这类交叉分支，其中有物理力学、化学流体动力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、理性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球构造动力学、地球流体力学等。20世纪以来，力学有了很大的发展，创立了一系列重要的新概念、新理论和新方法。力学与其它学科的交叉和融合日显突出，形成了许多力学交叉学科：力学与物理学的交叉形成了物理力学，与生命科学的交叉形成了生物力学，与环境科学和地学的交叉形成了环境力学，以及爆炸力学、等离子体力学等都形成了力学的新的学科生长点，不断地丰富着力学的研究内容和方法，并使力学学科始终保持着旺盛的生命力。同时，人类社会和经济发展的更高需求将不断促进力学与其他学科的交叉，促进力学交叉学科发展到一个崭新的阶段。

力的合成

物理意义

物体不只受到一个力，而是同时受到几个力。一个物体受到几个力共同作用的时候，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力共同产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力。求两个或两个以上力的合力的过程或方法叫做力的合成。

物理定义

力的合成：求两个或两个以上力的合力的过程叫做力的合成。

共点力

几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力。

平行四边形定则

两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向,这就叫做平行四边形定则。

力的合成的平行四边形定则，只适用于共点力。

如果有两个以上的共点力作用在物体上，我们也可以应用平行四边形定则求出它们的合力：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合进去，最后得到的结果就是这些力的合力。

根据力的平行四边形则作图，可以看出，力F1和F2的合力F的大小和方向随着F1和F2之间的夹角而变化。当夹角等于0度时，力F1和F2在同一直线上且方向相同，F=/F1/+/F2/(/为绝对值符号)，合力的大小等于两个力的大小之和，合力的方向跟两个力的方向相同。当夹角等于180度时，力F1和F2在同一直线上但方向相反，F=F1-F2，合力的大小等于两个力的大小之差，合力的方向跟两个力中较大的那个力的方向相同。

力既有大小，又有方向，力的合成要遵守平行四边形定则。在物理学中，像这样的物理量叫做矢量，力是矢量，我们学过的位移、速度、加速度也是矢量。而长度、质量、时间、温度、能量、路程等物理量，只有大小，没有方向，在物理学中叫做标量。

三角形定则

三角形定则是指两个力（或者其他任何矢量）合成，其合力应当为将一个力的起始点移动到另一个力的终止点，合力为从第二个的起点到第一个的终点。

矢量表示法是用一段线段加上箭头表示一个物理量。线段长短表示矢量数量上的大小，箭头表示它的方向。

假如有两个力，大小方向都不同，用矢量三角形求出它们合力的大小，就把第二个力的尾连上第一个力的头，它们的合力就是第一个力的尾指向第二个力的头的这样一个矢量，画出来之后你可以看到三者构成一个三角形，这就是所谓的矢量三角形。

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