张强，北京理工大学宇航学院力学系副教授。1997年毕业于清华大学工程力学系，获学士学位，后毕业于中国科学院力学研究所，获博士学位，主要从事计算流体力学研究。现在北京理工大学主要讲授“工程力学”、“理论力学”以及“材料力学”等课程。本人编写制作的“理论力学”课件获得“北京高校优质本科教案课件”的荣誉称号，参与建设的“Engineering Mechanics （‘工程力学’全英文）”慕课获得国家级一流本科课程认定。曾获得北京市高等教育教学成果奖、校教育教学成果奖、校青年教师教学基本功比赛一等奖。

"本教材是为满足非机械类本科专业学习基础力学知识的需求而编写的实用型教材。随着现代工程技术的快速发展，力学知识在多个学科领域中的应用日益广泛，尤其是在自动化、交通运输、测控技术与仪器等非机械类专业中，掌握基础的力学理论和应用能力已成为培养高素质应用型人才的重要环节。为此，本教材以“少学时、重基础、强应用”为编写原则，系统性地涵盖了工程中常用的理论力学基础知识及其实际应用，内容主要包括静力学、运动学和动力学三大部分。


在静力学部分，教材重点介绍了力的基本概念、受力分析、力系简化以及平衡条件等内容。通过对静力学基本原理的讲解，学习者能够掌握物体在静止状态下的受力分析方法，并能够解决简单的静力学问题。在运动学部分，教材从点的运动学出发，介绍了位移、速度、加速度等基本概念，并进一步扩展到刚体的平面运动分析和点的复合运动分析。这部分内容旨在帮助学习者理解物体运动的基本规律，为后续的动力学分析奠定基础。在动力学部分，教材重点讲解了牛顿运动定律、动量定理、动能定理以及达朗贝尔原理等内容，通过学习，学习者能够掌握物体运动与受力之间的关系，并能够运用动力学原理解决实际问题。


本教材注重理论与实践的结合，每一章节都配有丰富的例题和习题，帮助学习者巩固所学知识并提高解决实际工程问题的能力。此外，教材内容深入浅出，语言简洁明了，适合少学时（32学时）课程的教学需求。通过学习本教材，学习者不仅能够掌握工程力学的基本理论和分析方法，还能够培养工程实践中的逻辑思维能力和问题解决能力，为后续专业课程的学习和实际工作打下坚实的基础。





本教材主要面向非机械类本科专业的学生，特别是那些对力学知识要求较高但学时有限的学科，如自动化、交通运输、测控技术与仪器等专业。这些专业的学生通常需要在较短时间内掌握力学的基础知识，并将其应用于本专业的实际问题中。本教材的编写充分考虑了这些专业的特点，内容精炼、重点突出，既保证了理论体系的完整性，又避免了过于复杂的数学推导，非常适合作为少学时理论力学课程的教材。此外，本教材也可作为相关工程技术人员的参考用书，帮助其快速回顾和掌握工程力学的基础知识。"

　　绪论
　　力学是研究物体机械运动的科学。力是物体间的相互机械作用。机械运动是指物体在空间的位置随时间的变化，是众多物体运动中最基本的形式。力学涉及工程的各个领域，如土木工程、机械工程、交通工程、航空航天工程等。工程力学则是研究自然界以及各种工程中机械运动最普遍、最基本的规律，以指导人们认识自然界、科学地从事工程技术工作。力作用于物体时，可以使物体的运动状态发生改变，这种作用效应称为运动效应或外效应；也可以使物体的形状发生改变，这种作用效应称为变形效应或内效应。人们正是通过力的这两种作用效应来研究力学的。
　　根据力的两种作用效应和不同的研究目标，对力学中的研究对象可建立不同的力学模型。
　　在研究力的运动效应时，可忽略物体的变形，将实际物体抽象化（或理想化）为相应的力学模型，这类模型包括质点、质点系和刚体、刚体系。质点是具有质量而其尺寸可忽略不计的点；质点系是质点的集合；刚体是特殊的质点系，其上任意两点之间的距离保持不变；多个刚体相互连接组成的系统称为刚体系，或称为物系。在具体研究中，一个物体应被视为质点还被视为刚体，并不取决于其尺寸和形状，而主要取决于所研究问题的性质。例如，研究地球绕太阳公转时地球被可视为质点，而研究地球自转时地球则可被视为刚体。对于机器中运转的小尺寸零件，在研究其转动时都必须将其视为刚体。研究物体在力的作用下所产生的运动效应而形成的知识体系称为理论力学。因此，理论力学是研究物体机械运动一般规律的一门学科。
　　在研究力的变形效应时，则建立变形体模型，如杆（一个方向的尺度远大于两另外两个方向的尺度的物体）在各种形式的力作用下的伸长（或压缩）、扭转、弯曲等。研究物体在力的作用下所产生的变形而形成的知识体系称为材料力学。
　　工程力学涵盖“理论力学”和“材料力学”的最基础部分，是后续力学体系的必不可少的部分。本书包含理论力学的基础知识。
　　理论力学包括静力学、运动学和动力学三个部分。静力学是研究物体在力系作用下平衡（机械运动的一种特殊形式）规律的科学；运动学是研究物体运动的几何性质的科学，用于描述物体的运动和建立非独立运动与独立运动之间的关系；动力学是研究物体运动状态的改变与其所受作用力之间关系的科学。
　　“工程力学”课程是一门重要的技术基础课程，在基础课和专业课之间起到桥梁作用，它为“机械设计基础”“机械制造”等后续课程提供必要的力学基础，也为机械工程中的有关问题提供力学分析的基本方法，同时能够培养学习者的抽象思维能力、逻辑思维能力和分析解决实际问题的能力，从而有助于学习者树立辩证唯物主义的世界观和掌握其方法论。
　　学习“工程力学”课程，要求深刻理解该课程的基本概念、基本知识、基本理论，熟练掌握力学定理和计算公式的应用，了解处理工程中相关基本力学问题的思路和方法，培养正确分析和解决实际力学问题的基本能力。因此，认真钻研教材，独立完成一定数量的习题，并注意将所学的理论与实际应用结合，是学好“工程力学”课程的重要途径。
　　静力学
　　静力学是研究物体或物体系统在力系作用下平衡规律的科学。
　　力系是指作用于刚体上的一群力。平衡是指刚体相对于惯性参考系保持静止或做匀速直线平移（其上各点做相同的匀速直线运动），它是物体的机械运动的一种特殊形式，在工程中，一般是指物体相对于地球保持静止。能够使刚体保持平衡状态的力系是平衡力系。在研究刚体平衡或运动状态改变时，首先需要对刚体所受的力进行分析，获得其全部受力情况，然后需要寻求简单的力系来等效代替复杂力系的作用效应，以便研究力系的特征量。用一个简单的力系等效代替一个复杂的力系的过程称为力系的简化。于是，一个复杂的力系是否为平衡力系可根据与其等效的、简单的力系是否为平衡力系来判断。
　　由上所述，静力学主要研究以下三个问题：①刚体的受力分析；②力系的简化；③力系的平衡条件及其应用。其中，刚体的受力分析及力系的简化也是后续动力学研究的必要基础。静力学内容在“材料力学”“机械原理”“机械设计”等课程中扮演着重要角色。同时，静力学的理论和研究方法在许多实际工程技术问题中有着广泛的应用。
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绪论 001

静力学 003
第1章 静力学的基本概念 004
1.1 力和力偶 004
1.1.1 力和力矢 004
1.1.2 力对点（轴）之矩 004
1.1.3 力偶和力偶矩 005
1.1.4 直角坐标系中力、力矩与力偶矩的表达和计算 006
1.1.5 力矩的平面表示方法 009
1.2 力系平衡的基本公理 010
1.3 力系等效的基本性质 010
1.3.1 力的等效性质 011
1.3.2 力偶的等效性质 013
1.3.3 力的平移定理 015
1.4 约束和约束力 016
1.4.1 约束和约束力概述 016
1.4.2 常见的约束及其约束力 016
1.5 刚体的受力分析和受力图 020
本章小结 022
习题 024
第2章 平面力系的简化 027
2.1 平面基本力系的简化 027
2.1.1 平面汇交力系的简化 027
2.1.2 平面力偶系的简化 027
2.2 平面任意力系的简化 027
2.2.1 平面任意力系向一点的简化 028
2.2.2 固定端约束力系的等效力系 028
2.2.3 平面任意力系简化的最简形式及合力矩定理 029
2.3 平面力系简化的分析计算 030
本章小结 032
习题 033
第3章 平面力系的平衡 035
3.1 平面任意力系的平衡条件·平衡方程 035
3.1.1 平面任意力系平衡的充要条件 035
3.1.2 平面任意力系平衡方程的形式 035
3.1.3 平面特殊力系平衡方程 037
3.2 平面力系平衡方程的应用 037
3.3 静定和静不定的概念·刚体系平衡问题 041
3.3.1 静定和静不定的概念 041
3.3.2 刚体系平衡问题 043
3.4 平面桁架杆件内力计算 047
3.4.1 节点法 049
3.4.2 截面法 051
3.4.3 零力杆 053
3.5 考虑摩擦时物体平衡问题 054
3.5.1 滑动摩擦力及其性质寸 054
3.5.2 有摩擦时物体的平衡条件 056
本章小结 059
习题 060
第4章 空间力系的平衡 066
4.1 空间力系平衡方程 066
4.2 空间力系平衡方程的应用 067
本章小结 069
习题 070
第5 章物体的重心、质心和形心 072
5.1 物体的重心 072
5.1.1 重心的概念 072
5.1.2 重心的坐标公式 073
5.2 物体的质心 073
5.3 物体的形心 074
5.4 均质物体的重心的求法 074
5.4.1 根据对称性确定重心的位置 074
5.4.2 用积分法确定重心的位置 074
5.4.3 用分割法确定重心的位置 076
5.4.4 用实验法确定重心的位置 078
本章小结 078
习题 079

运动学 080
第6章 点的运动学 081
6.1 点的运动描述方法·点的运动方程、位移、速度和加速度 081
6.2 描述点的运动的直角坐标法 082
6.3 描述点的运动的弧坐标法 084
本章小结 088
习题 089
第7章 刚体的基本运动 091
7.1 刚体的平移 091
7.2 刚体的定轴转动 092
7.2.1 转角和转动方程 092
7.2.2 刚体转动的角速度和角加速度 092
7.2.3 定轴转动刚体上点的运动方程、速度和加速度 093
7.3 刚体的基本运动的知识应用 095
本章小结 096
习题 096
第8章 刚体的平面运动 098
8.1 刚体的平面运动的简化和运动方程 098
8.1.1 刚体的平面运动的定义及特性 098
8.1.2 刚体的平面运动的简化 099
8.1.3 刚体的平面运动的运动方程 099
8.2 平面运动刚体的角速度和角加速度 101
8.3 平面图形运动的位移定理 101
8.4 速度瞬心的概念及其应用 102
速度瞬心的性质、确定方法及应用 102
8.5 平面图形上两点的速度关系 105
8.6 平面图形上两点的加速度关系 106
本章小结 111
习题 1
第9章 点的复合运动 115
9.1 点的复合运动的概念 115
9.2 变矢量的绝对导数和相对导数的关系 116
9.3 点的速度合成定理 117
9.4 点的加速度合成定理 119
本章小结 122
习题 122

动力学 125
第10章 动量原理 126
10.1 质点运动微分方程和动量定理 126
10.1.1 质点运动微分方程 126
10.1.2 质点的动量定理 129
10.2 质点系的动量定理及质心运动定理 131
10.2.1 质点系的动量 131
10.2.2 质点系的动量定理 132
10.2.3 动量守恒和质心运动守恒 133
10.3 刚体的转动惯量和惯性积 135
10.4 对定点的动量矩定理·刚体定轴转动微分方程 137
10.4.1 对定点的动量矩 137
10.4.2 对定点的动量矩定理 138
10.4.3 定轴转动刚体的运动微分方程 141
10.5 对质心的动量矩定理·刚体平面运动微分方程 142
10.5.1 质点系对质心的动量矩 142
10.5.2 对质心的动量矩定理 143
10.5.3 刚体的平面运动微分方程 144
本章小结 147
习题 148
第11章 动能定理 152
11.1 力的功 152
11.1.1 力的元功 152
11.1.2 力在有限路程上的功 152
11.1.3 几种常见力的功 152
11.2 质点和质点系以及刚体的动能 156
11.2.1 质点和质点系的动能 156
11.2.2 刚体的动能 156
11.3 动能定理 157
11.3.1 质点动能定理 157
11.3.2 质点系动能定理 158
11.4 机械能守恒定律 160
本章小结 162
习题 163
第12章 达朗贝尔原理 166
12.1 达朗贝尔惯性力和达朗贝尔原理 166
12.1.1 质点的达朗贝尔惯性力和质点的达朗贝尔原理 166
12.1.2 质点系的达朗贝尔原理. 167
12.2 刚体的惯性力系的简化及其应用 168
12.2.1 刚体的惯性力系的简化 168
12.2.2 刚体的惯性力系简化结果的应用 171
本章小结 178
习题 179

附录 简单图形的均质物体的质心和对质心主轴的转动惯量 183

参考文献 186