理论力学(中少学时)

本书是在《简明工程力学》（第2版）基础上，依据高等学校力学基础课程教学指导分委员会最新制定的“理论力学课程教学基本要求（B类）”，为适应高等教育大众化和当前大学教育教学改革的需求而编写的面向工程应用型人才培养的理论力学课程配套教材。

本书立足于“中少学时”，理论阐述力求由浅入深，文字简洁，内容精简，讲授基础知识与方法，舍弃某些专题内容的讨论；  同时注重加强学生工程意识和工程素质的培养，突出力学在工程实践中的应用，编入了一些密切结合工程实际的例题与习题，以供教师选用和学生练习。为了加深学生对基本概念的理解，同时提高学生利用理论力学基本原理分析问题和解决问题的能力，本书在例题讲述和典型习题详解中着重阐述分析问题的思路、解决问题的方法与解题书写过程的步骤。同时基于成果导向教育理念，注重一题多解，拓展学生创新思维，培养学生运用数学力学方法和知识解决实际问题的能力。

清华大学出版社出版的《简明工程力学》（2013年）和《简明工程力学》（第2版）（2016年），前3篇为理论力学内容，第4篇为材料力学内容，是上海工程技术大学“工程力学（一）”和“工程力学（二）”课程的配套教材。《简明工程力学》自2013年秋季学期以来一直作为我校绝大多数工科专业（机械工程、车辆工程、能源与动力工程、交通运输、铁道工程、飞行器制造工程、飞行技术、材料科学与工程、纺织工程、服装设计与工程、工业设计、环境工程等）学科基础必修课“工程力学（一）”和“工程力学（二）”的教材使用。这本书经过多年的教育教学实践，师生反响良好，认为《简明工程力学》简明易学，适合我校以工程应用为主的工科专业学生群体，对促进我校基础力学课程教学改革和全面推行工程应用型人才与创新能力培养具有重要意义。

与此同时，《简明工程力学》的社会效益日益明显。第1版于2015年5月荣获上海普通高校优秀教材奖。第2版于2020年11月被我校推荐参与申报首届全国优秀教材奖全国优秀教材（高等教育类）。令人欣慰的是，本教材自出版至今，已被10余所兄弟院校选为课程教材或指定为教学参考书，颇受师生好评。

为进一步推进我校国家级一流本科专业（机械工程、车辆工程等）建设，我们自2019年起至今在《简明工程力学》（第2版）基础上进行了持续修订和新的改版探索。在此期间，编者还承担了我校“工程力学（一）”金课培育建设项目和“工程力学（二）”课程思政建设项目，将课程建设“两性一度”教研成果和思政育人元素有机融入改版教材，以助力我校一流本科专业建设，为培养高水平工程应用型人才做出我们应有的努力和贡献。

在当今数字信息化时代，如何将课程数字化资源与传统纸质教材有效结合，是一个值得探索的问题。在本次修订中，我们将一些平时积累的课程教学数字化资源（视频、文档、课件、动画、图像等）融合到理论力学传统内容中，使之成为新形态教材。这拓展了原有的教材内容，丰富了知识的呈现形态，为学生提供了基于网络的非常便捷的自主学习环境。

为进一步加强教风、学风建设，提升教学质量，我校基础力学课程作为学科基础必修课在校内率先实施了教考分离，建设了习题/试题库。鉴于此，本书也适当增加了部分习题，供学生/读者使用和参考。

另外，为了顺应工程教育专业认证需求，我校自2022级起修订了本科人才培养方案。为了更好地服务于我校创新人才培养和工程教育认证，方便学生学习使用，我们在《简明工程力学（第2版）》基础上将教材分为《理论力学（中少学时）》和《材料力学（中少学时）》两册分别出版。

本次修订内容较多，对部分习题答案和部分章节进行了修改，并规范了全书符号和术语。同时，本书主要增加了以下内容： 

（1） 扩充了部分正文内容。

①第2章合力矩定理与力矩的解析表达式；  ②第3章3.2节力对点之矩的矢量描述。

（2） 补充了典型例题。

①第1章例1.3；  ②第2章例2.8；  ③第2章例2.17；  ④第3章例3.3； ⑤第5章例5.1；  ⑥第6章例6.3； ⑦第6章例6.6； ⑧第7章例7.7； ⑨第8章例8.5； ⑩第8章例8.13； 第8章例8.14； 第9章例9.2； 第9章例9.5。

(3) 增加了部分习题。

①习题6.18； ②习题6.19； ③习题7.17； ④习题7.18； ⑤习题8.1（4）~（6）； ⑥习题8.29； ⑦习题8.30； ⑧习题8.31； ⑨习题9.10； ⑩习题9.11； 习题9.12； 习题9.13。

(4) 增加了课程思政育人案例（视频二维码）。

①我国部分近代力学家简介； ②刚体和力； ③二力构件； ④内力和外力； ⑤点的合成运动； ⑥平面运动的速度求解； ⑦动量定理； ⑧达朗贝尔原理。

(5) 增加了典型例题精讲（视频二维码）。

①例1.1精讲； ②例2.14精讲； ③例6.5精讲； ④例7.4精讲； ⑤例8.10精讲； ⑥例9.4精讲。

(6) 增加了典型习题详解（文档、视频二维码）。

①习题1.3（e）、1.4（d）和1.4（f）详解（文档）； ②习题2.9、2.14、2.21和
2.30详解（视频）； ③习题3.3和3.10（a）详解（文档）； ④习题4.4详解（文档）； ⑤习题5.2和5.5详解（文档）； ⑥
习题6.1（c）、6.8和6.17详解（文档）； ⑦习题7.2（c）、7.4和7.6详解（文档）； ⑧习题8.3、8.21和8.26详解（文档）； ⑨习题9.4和9.11详解（文档）。

(7) 增加了部分力学人物简介（文档二维码）

①墨翟； ②伽利略； ③亚里士多德； ④钱学森； ⑤欧拉； ⑥科里奥利； ⑦牛顿； ⑧达朗贝尔。

(8) 增加了典型机构（结构）动画、视频或照片（二维码）。

①上海工程技术大学体育馆(照片)； ②椭圆仪(动画)； ③刚体基本运动实例(动画)； ④平行四边形机构(动画)； ⑤定轴转动(动画)； ⑥齿轮传动(视频)； ⑦凸轮顶杆(点的合成运动,动画)； ⑧摆动导杆机构(动画)； ⑨曲柄连杆机构(动画)； ⑩行星轮(动画)； 曲柄摇杆机构(动画)。

本书由李培超负责全书的改版、组织和统稿。主要参加改编工作的有范志毅、刘小妹、李培超。陈曦参与了部分课程思政视频录制以及第1章和第8章的习题详解。上海工程技术大学机械与汽车工程学院和教务处有关领导对本书的修订给予了帮助和支持。在近10年的教材使用和教学实践中，工程力学教研室教师和历届修读学生提出了不少建设性的意见和建议。同时，本书一直得到清华大学出版社的大力支持。硕士研究生于雯协助绘制了本书部分习题详解的图形。在此一并表示感谢。

本书可作为高等工科院校中少学时理论力学课程或工程力学课程理论力学部分的教材，也可作为继续教育、高职高专、开放大学等相应课程的教材。 

囿于编者水平，书中疏漏之处在所难免，恳请读者不吝指教，以期进一步提升教材质量。

编者
2023年12月

本教材的内容包括以下四个部分：第1篇 静力学，主要研究受力物体的平衡规律，着重讨论物体的受力分析、力系简化和平衡条件；第2篇 运动学，从几何角度描述物体(质点、刚体)的运动规律(运动轨迹、速度、加速度)等，包括点的运动、刚体的基本运动和平面运动；第3篇 动力学，从牛顿定律出发，应用动力学普遍定理和达朗贝尔原理研究质点系和刚体受力与运动之间的关系。上述3篇属于理论力学的基本内容。第4篇材料力学，主要研究变形固体 （杆件）在保证正常工作条件下的强度、刚度和稳定性。该教材系“卓越工程师教育培养计划配套教材—工程基础系列）”。该教材立足于中少学时课程，理论阐述力求简明，文字简洁，通俗易懂，同时注重加强学生工程观念的培养，侧重于工程应用，以努力适应当前大学教学改革及高等教育大众化的需要和服务我校培养应用型创新人才的办学宗旨。本教材可作为高等工科院校非力学专业中少学时工程力学课程的教材，也可作为继续教育、高职高专、开放大学等相应课程的教材。

李培超，（1976-），博士，副教授，硕士生导师，普林斯顿大学高级研究学者，毕业于中国科大近代力学系。主编《简明工程力学》（第1和第2版），获2015年上海普通高校优秀教材奖。现主持校金课建设项目“工程力学（一）”。从事多孔介质多场耦合力学和传热传质的基础理论和数值分析研究。近五年发表第1或通讯作者SCI论文20余篇，授权发明专利和实用新型专利各1件。现主持上海市自然科学基金1项。中国力学学会会员和上海市力学学会岩土力学专委会委员；Langmuir和《力学学报》等近30种学术期刊的审稿人。

主要符号表

绪论

第1篇静力学
第1章静力学基础
1.1刚体和力
1.2静力学公理
1.3约束和约束反力
1.4物体的受力分析和受力图
习题

第2章平面力系
2.1平面汇交力系合成与平衡的几何法
2.2平面汇交力系合成与平衡的解析法
2.3平面力对点之矩
2.4平面力偶系
2.5平面任意力系
2.6物体系统的平衡
2.7平面简单桁架
2.8摩擦
习题

第3章空间力系
3.1力在空间直角坐标轴上的投影
3.2力对点之矩的矢量描述
3.3力对轴之矩
3.4空间力系的平衡方程及其应用
3.5重心和形心
习题

第2篇运动学
第4章点的运动学
4.1矢径法
4.2直角坐标法
4.3自然法
习题

第5章刚体的基本运动
5.1刚体的平行移动（平动）
5.2刚体绕固定轴转动（定轴转动）
5.3轮系的传动比
习题

第6章点的合成运动
6.1相对运动·牵连运动·绝对运动
6.2点的速度合成定理
6.3动系平动时点的加速度合成定理
*6.4动系定轴转动时点的加速度合成定理
习题

第7章刚体的平面运动
7.1刚体平面运动概述
7.2刚体平面运动分解
7.3基点法、投影法求平面图形内各点的速度
7.4瞬心法求平面图形内各点的速度
7.5基点法求平面图形内各点的加速度
习题

第3篇动力学
第8章动力学基本定理
8.1质点运动微分方程
8.2动量定理及其应用
8.3动量矩定理
8.4动能定理
习题

第9章达朗贝尔原理
9.1惯性力和质点的达朗贝尔原理
9.2质点系的达朗贝尔原理及其应用
9.3静平衡与动平衡
习题

部分习题答案

参考文献

本教材的内容包括以下四个部分：第1篇 静力学，主要研究受力物体的平衡规律，着重讨论物体的受力分析、力系简化和平衡条件；第2篇 运动学，从几何角度描述物体(质点、刚体)的运动规律(运动轨迹、速度、加速度)等，包括点的运动、刚体的基本运动和平面运动；第3篇 动力学，从牛顿定律出发，应用动力学普遍定理和达朗贝尔原理研究质点系和刚体受力与运动之间的关系。上述3篇属于理论力学的基本内容。第4篇材料力学，主要研究变形固体 （杆件）在保证正常工作条件下的强度、刚度和稳定性。该教材系“卓越工程师教育培养计划配套教材—工程基础系列）”。该教材立足于中少学时课程，理论阐述力求简明，文字简洁，通俗易懂，同时注重加强学生工程观念的培养，侧重于工程应用，以努力适应当前大学教学改革及高等教育大众化的需要和服务我校培养应用型创新人才的办学宗旨。本教材可作为高等工科院校非力学专业中少学时工程力学课程的教材，也可作为继续教育、高职高专、开放大学等相应课程的教材。

李培超，（1976-），博士，副教授，硕士生导师，普林斯顿大学高级研究学者，毕业于中国科大近代力学系。主编《简明工程力学》（第1和第2版），获2015年上海普通高校优秀教材奖。现主持校金课建设项目“工程力学（一）”。从事多孔介质多场耦合力学和传热传质的基础理论和数值分析研究。近五年发表第1或通讯作者SCI论文20余篇，授权发明专利和实用新型专利各1件。现主持上海市自然科学基金1项。中国力学学会会员和上海市力学学会岩土力学专委会委员；Langmuir和《力学学报》等近30种学术期刊的审稿人。