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分析力學 版權(quán)信息
- ISBN:9787030097460
- 條形碼:9787030097460 ; 978-7-03-009746-0
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
分析力學 內(nèi)容簡介
本書以完整系為主,主要包括虛位構(gòu)原理、拉格朗日方程、哈密頓正則方程、力學的變分原理、正則變換和哈密頓——雅可比方程。每章后附有小結(jié)、習題、書末附有習題答案和計算機解題示例。
分析力學 目錄
**章 虛位移原理 (1)
§1-1 約束及約束方程 (1)
§1-2 自由度和廣義坐標 (4)
§1-3 虛位移 (5)
§1-4 虛位移原理 (9)
§1-5 虛位移原理的應(yīng)用舉例 (11)
§1-6 用廣義力表示的質(zhì)點系平衡條件 (18)
§1-7 在勢力場中質(zhì)點系的平衡條件及平衡的穩(wěn)定性 (24)
小結(jié) (30)
習題 (32)
第二章 動力學普遍方程和拉格朗日方程 (41)
§2-1 動力學普遍方程 (41)
§2-2 拉格朗日方程 (46)
§2-3 動能的廣義速度表達式 (53)
§2-4 拉格朗日方程的初積分 (54)
§2-5 碰撞問題的拉格朗日方程 (62)
§2-6 拉格朗日方程的應(yīng)用舉例 (65)
小結(jié) (77)
習題 (79)
第三章 哈密頓正則方程 (90)
§3-1 哈密頓正則方程 (90)
§3-2 正則方程的初積分 (94)
§3-3 泊松括號泊松定理 (97)
§3-4 相空間 (104)
§3-5 劉維定理 (105)
小結(jié) (107)
習題 (108)
第四章 力學的變分原理 (110)
§4-1 變分法簡介 (110)
§4-2 哈密頓原理 (116)
§4-3 力學原理方程之間的聯(lián)系 (118)
§4-4 哈密頓原理的應(yīng)用舉例 (121)
§4-5 高斯*小拘束原理 (128)
§4-6 拉格朗日*小作用量原理 (133)
小結(jié) (137)
習題 (138)
第五章 一個自由度系統(tǒng)的振動 (141)
§5-1 一個自由度系統(tǒng)的自由振動 (141)
§5-2 一個自由度阻尼系統(tǒng)的自由振動 (146)
§5-3 一個自由度系統(tǒng)的強迫振動 (150)
小結(jié) (162)
習題 (165)
第六章 兩個自由度系統(tǒng)的振動 (169)
§6-1 兩個自由度系統(tǒng)的自由振動 (169)
§6-2 兩個自由度系統(tǒng)的強迫振動 (178)
小結(jié) (181)
習題 (183)
第七章 狹義相對論的拉格朗日方法和哈密頓方法 (185)
§7-1 相對論性的動能 (185)
§7-2 相對論性的拉格朗日函數(shù)及拉格朗日方程 (187)
§7-3 相對論性的哈密頓函數(shù) (188)
習題答案 (194)
參考文獻 (202)
分析力學 節(jié)選
**章 虛位移原理 以前學過的剛體靜力學又稱為幾何靜力學.用幾何靜力學方法求解剛體系統(tǒng)的平衡問題,在一般情況下,對每個剛體需列6個平衡方程,方程中的未知力包括主動力和約束反力;若有n個剛體,共需列6n個平衡方程;剛體越多,方程越多.另外,一些平衡問題只需求主動力之間的關(guān)系,方程中出現(xiàn)的約束反力在求解過程中要消去,等等.這一切顯然是十分繁瑣的. 現(xiàn)在我們來介紹另一種稱為分析靜力學的方法,應(yīng)用這種方法能有效地解決上述問題. 在分析靜力學中,以虛位移原理為基礎(chǔ),應(yīng)用任意非自由質(zhì)點系平衡的必要和充分條件,列平衡方程.就是說,對于一剛體系統(tǒng),可以建立與系統(tǒng)的自由度數(shù)相等的平衡方程.如果系統(tǒng)的剛體數(shù)目多,而自由度數(shù)目少,則相對而言,平衡方程的數(shù)目大大減少.再者,應(yīng)用分析靜力學的方法直接建立了主動力之間的關(guān)系,避免了未知約束反力的出現(xiàn),使得非自由質(zhì)點系的平衡問題的求解變得簡單起來. 將虛位移原理與達朗伯原理結(jié)合起來可導出非自由質(zhì)點系的動力學普遍方程,為求解復雜系統(tǒng)的動力學問題提供另一種普遍的方法.在此方程的基礎(chǔ)上,形成和發(fā)展了分析動力學.在下一章中將對分析動力學中*重要的方程——拉格朗日方程進行討論. 下面我們從分析力學的基本概念說起. §1-1 約束及約束方程 在幾何靜力學中,我們將限制某物體位移的周圍物體稱為該物體的約束.現(xiàn)在從運動學的角度來看約束的作用,一非自由質(zhì)點系的位置或速度受到某些條件的限制,這種限制條件稱為該質(zhì)點系的約束.例如,圓球被限制在水平面上作純滾動,這時約束表現(xiàn)為限制圓球中心到水平面的距離保持不變;圓球與水平面接觸點的速度在每瞬時都為零.又如,冰刀的運動方向只能沿冰刀的縱向.在一般情況下,約束對質(zhì)點系運動的限制可以通過質(zhì)點系各質(zhì)點的坐標或速度的數(shù)學方程式來表達,這種表達式稱為約束方程. 如圖1-1所示質(zhì)點M被限制在半徑為R的球面上運動,質(zhì)點的位置由直角坐標(x,y,z)表示,則質(zhì)點M的約束方程為 又如圖1-2所示oxy平面內(nèi)的曲柄連桿機構(gòu),曲柄銷犃被限制在以r0為中心,r為半徑的圓周上運動;滑塊B被限制在沿ox軸的水平直槽中運動;AB兩點間的距離等于l.此機構(gòu)的約束方程可表示為 (1-2) 按約束對質(zhì)點系運動限制的不同情況,可將約束分類如下: (1)完整約束和非完整約束 約束方程中不包含坐標對時間的導數(shù),或者說,約束只限制質(zhì)點系各質(zhì)點的幾何位置,而不限制其速度,這種約束稱為完整約束或幾何約束.其約束方程的一般形式為 如果約束方程中包含有坐標對時間的導數(shù),或者說,約束還限制各質(zhì)點的速度,這種約束稱為非完整約束或運動約束.其約束方程的一般形式為(1-4) 這種約束是用微分方程形式表示的,一般說來,是不可積分的.但也有些例外的情況,例如圖1-3所示,半徑為R的車輪沿直線軌道作純滾動.車輪輪心A至軌道的距離始終保持不變,所以其幾何約束方程為 由此可見,可積分的運動約束方程,通過積分可以轉(zhuǎn)化為完整約束方程.可積分的運動約束與完整約束實質(zhì)上是等價的. 非完整約束中*簡單的是線性非完整約束,它的約束方程中只包含速度的線性項,方程的一般形式為 (2)雙面約束和單面約束 如果約束在兩個方向都起限制運動的作用,則稱為雙面約束.如圖1-4 所示單擺,小球M用長為l的剛性桿鉸聯(lián)于球支座o上,小球只能在半徑為l的球面上運動,其約束方程為 如果約束只在一個方向起作用,而在另一方向能松弛或消失,這種約束稱為單面約束.上例中將剛性桿換成柔索,則小球不僅能在球面上運動,還可以在球面內(nèi)運動,其約束方程就為 (3)定常約束和不定常約束 如果約束方程中不顯含時間狋,這種約束稱為定常約束或穩(wěn)定約束.它的約束方程的一般形式為?前面所舉的例子均為定常約束. 如果約束方程中顯含時間狋,這種約束稱為不定常約束或不穩(wěn)定約束.它的約束方程的一般形式為式(1-3)和式(1-4). 在圖1-1中,若質(zhì)點M被限制在膨脹或收縮著的氣球面上運動,設(shè)氣球的半徑為時間狋的函數(shù),則約束方程為這種約束是不定常約束. 以下我們主要是討論完整的?雙面的和定常約束的情況.這種約束方程的一般形式為 前面所列舉的式(1-1)和式(1-2)都屬于這類約束方程. §1-2 自由度和廣義坐標 設(shè)質(zhì)點系由n個質(zhì)點組成,在直角坐標系中需3n個坐標來確定質(zhì)點系在空間的位置.若是自由質(zhì)點系,我們說它有3n個自由度.若質(zhì)點系受到s個完整約束,其約束方程為式(1-3)或式(1-5),則3n個坐標需滿足s個約束方程,每一個約束方程制約方程中的任一個坐標,因此只有3n-s個坐標是獨立的,而其余的s個坐標均可寫成這些獨立坐標的給定函數(shù).由此可知,要確定質(zhì)點系的位置不需要3n個坐標,只需確定任意犖=3n-s個獨立坐標就夠了.確定具有完整約束質(zhì)點系的位置的獨立參數(shù)的個數(shù)稱為質(zhì)點系的自由度數(shù)①. 例如,圖1-5兩剛性桿連接兩小球組成的雙擺,確定兩小球位置的直角坐標為
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