理论力学绪论课件

1、工工 程程 实实 例例埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔 1889年年 建成，塔高建成，塔高320米米。埃菲尔铁塔的金属制。埃菲尔铁塔的金属制件有件有1.8万多个，重达万多个，重达7000吨，施工时共钻孔吨，施工时共钻孔700万个，万个，使用铆钉使用铆钉250万个。万个。 海洋石油钻海洋石油钻井平台井平台航空母舰航空母舰 建于隋代（建于隋代（605605年）的河北赵州桥年）的河北赵州桥桥长桥长64.464.4米，跨径米，跨径37.0237.02米，用石米，用石28002800吨吨19991999年年1 1月月4 4日，我国重庆市綦江县日，我国重庆市綦江县 彩虹桥发生垮塌，造成：彩虹桥发生垮塌，造成：4040

2、人人死亡；死亡；1414人人受伤；受伤； 直接经济损失直接经济损失631631万元万元。法庭以外的问题法庭以外的问题-力学素质的重要性力学素质的重要性, ,从简单力学问题到高等从简单力学问题到高等力学问题。力学问题。 简单力学问题简单力学问题 大部队过桥时不能齐步走大部队过桥时不能齐步走 高等力学问题高等力学问题 冲击载荷冲击载荷的概念：人跑步时脚上的力量有的概念：人跑步时脚上的力量有多大？损伤累积与结构寿命与跑步的次数有关多大？损伤累积与结构寿命与跑步的次数有关首先看车头，在高速行驶中会遇到很大的空气阻力，因此要把它首先看车头，在高速行驶中会遇到很大的空气阻力，因此要把它制成制成流线型流线型

3、，以减少空气阻力。，以减少空气阻力。 再看车身，高速列车的车身也再看车身，高速列车的车身也与力学有很大联系。制作车身的材料一般有三层：一层防水、一与力学有很大联系。制作车身的材料一般有三层：一层防水、一层保温、一层减震，三种不同的材料中有两层是复合材料，车厢层保温、一层减震，三种不同的材料中有两层是复合材料，车厢整体就是复合材料的复合材料。整体就是复合材料的复合材料。建于辽代（建于辽代（10561056年）的山西应县佛宫寺释迦塔年）的山西应县佛宫寺释迦塔塔高塔高9 9层共层共67.3167.31米，用木材米，用木材74007400吨吨900900多年来历经数次地震不倒，现存唯一木塔多年来历经数

4、次地震不倒，现存唯一木塔22002200年以前建造的都江堰安澜索桥年以前建造的都江堰安澜索桥 这座具有数百年历史的索桥居然一根钢索也没有脱这座具有数百年历史的索桥居然一根钢索也没有脱落，桥墩上更是找不到一丝裂缝落，桥墩上更是找不到一丝裂缝 。比萨斜塔比萨斜塔米 米 米 塔塔8层，高层，高54.8m，总，总重重145MN，地基平均，地基平均50 Kpa，地基持力层为粉砂，地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀沉降，塔于地基的不均匀沉降，塔向南倾斜，南北两端沉降向南倾斜，南北两端沉降差为差为1.8m，塔顶倾斜为，塔顶倾斜为5.27m，倾斜度：，倾斜度：5.5度

5、。度。 简易压力机横梁、连杆受力可能破坏简易压力机横梁、连杆受力可能破坏横梁横梁轴销轴销活塞杆活塞杆气缸气缸连杆连杆上平台上平台工件工件下平台下平台变速器传动轴受力变形、工作失稳变速器传动轴受力变形、工作失稳齿轮齿轮传动轴传动轴问题：问题：1） 每人所承受的重力？每人所承受的重力？2） 若扁担的材料、截面尺寸已定，扁担能承载此重物吗？若扁担的材料、截面尺寸已定，扁担能承载此重物吗？3） 扁担的材料已定，若扁担能承载此重物，截面形状、尺寸？扁担的材料已定，若扁担能承载此重物，截面形状、尺寸？4） 扁担截面形状、尺寸已定，若扁担能承载此重物，选材料？扁担截面形状、尺寸已定，若扁担能承载此重物，选材

6、料？5） 扁担弯曲成什么形状？扁担弯曲成什么形状？6） 挠度如何？挠度如何？力力 学学 简简 史史牛顿定律牛顿定律的建立的建立-里程碑里程碑 古代古代-从远古到公元从远古到公元5世纪世纪 对对平衡和运动平衡和运动有初步的了解有初步的了解; 中世纪中世纪-从从6世纪到世纪到16世纪世纪 对对力和运动力和运动的关系的认识已有发展的关系的认识已有发展 之之前前金字塔金字塔(公元前公元前2600) 每边长每边长232米米,高高146米米,斜面倾角约为斜面倾角约为50 ,用用230余万余万块巨石垒成块巨石垒成,平均每块重平均每块重2.5吨吨,建造运用滑轮组建造运用滑轮组 新石器时代仰韶文化新石器时代仰韶

7、文化,公元前公元前3000多年，古希腊罗马有一种灌溉设备多年，古希腊罗马有一种灌溉设备,用用短柱或树杈支撑一根横木短柱或树杈支撑一根横木,横木一端挂水桶横木一端挂水桶,另一端系重物另一端系重物,提水时可以省提水时可以省力。力。 春秋时期墨翟及其弟子的著作春秋时期墨翟及其弟子的著作墨经墨经(公元前公元前4公元前公元前3世纪世纪)中中,有涉有涉及力的概念、杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度的叙述及力的概念、杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度的叙述 静力学奠定基础的是静力学奠定基础的是阿基米德阿基米德,他在研究杠杆平衡、平面图形重心位置时他在研究杠杆平衡、平面图形重心位置时,先建立一些公设先建立一些公设

8、,而后用数学论证的方法导出一些定理而后用数学论证的方法导出一些定理 古代对机械运动的描述只限于匀速直线和匀速圆周运动古代对机械运动的描述只限于匀速直线和匀速圆周运动,亚里士多德认为亚里士多德认为行星轨道应是最完美的圆行星轨道应是最完美的圆 都江堰工程约兴建于公元前都江堰工程约兴建于公元前3世纪世纪,由分洪工程、开凿工程和闸坝工程组由分洪工程、开凿工程和闸坝工程组成一个整体成一个整体,它经历历代整修至今仍在发挥作用它经历历代整修至今仍在发挥作用 中国张衡制造的地动仪中采用可在地震时丧失平衡的倒立柱子来带动机中国张衡制造的地动仪中采用可在地震时丧失平衡的倒立柱子来带动机构使龙口中含的铜丸落入下面蟾

9、蜍口中以指明地震震源的方向。构使龙口中含的铜丸落入下面蟾蜍口中以指明地震震源的方向。 中国的科学技术沿袭原有传统中国的科学技术沿袭原有传统,并在并在1213世纪达到高峰世纪达到高峰 阿拉伯人继承并发展了关于静力学中平衡规律和运动学方面阿拉伯人继承并发展了关于静力学中平衡规律和运动学方面的知识的知识 塔比塔比本本库拉的库拉的秤书秤书从运动学观点讨论杠杆平衡条件从运动学观点讨论杠杆平衡条件,他他说平衡时说平衡时“运动力运动力”由力和运动的距离两者决定。哈齐尼的由力和运动的距离两者决定。哈齐尼的智慧之重智慧之重一书中记载了多种金属的比重。天文学家巴塔一书中记载了多种金属的比重。天文学家巴塔尼观测了太

10、阳远地点的进动。尼观测了太阳远地点的进动。 欧洲的科学进展迟缓欧洲的科学进展迟缓,到文艺复兴时期才得以回升到文艺复兴时期才得以回升 从从1717世纪初到世纪初到1818世纪末，经典力学的建世纪末，经典力学的建立和完善化立和完善化; ; 从从19001900年到年到19601960年，近代力学，它和工程技术年，近代力学，它和工程技术特别是航空、航天技术密切联系特别是航空、航天技术密切联系 之之后后1919世纪，力学各主要分支的建立世纪，力学各主要分支的建立 19601960年以后，现代力学，力学同计算技术和自年以后，现代力学，力学同计算技术和自然科学其他学科广泛结合。然科学其他学科广泛结合。 伽

11、利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。律，提出加速度的概念。 牛顿继承和发展前人的研究成果牛顿继承和发展前人的研究成果( (特别是特别是J.J.开普勒的行星运动三定律开普勒的行星运动三定律),),提出物体三定律提出物体三定律. .伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。牛顿运动定律伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。的建立标志着力学开始成为一门科学。 欧拉是继牛顿以后对力学贡献最多的学者欧拉是继牛顿以后对力学贡献最多的学者. .除了对刚体运动列出运动除了对刚体

12、运动列出运动方程和动力学方程并求得一些解外方程和动力学方程并求得一些解外, ,他对弹性稳定性作了开创性的研他对弹性稳定性作了开创性的研究究, ,并开辟了流体力学的理论分析并开辟了流体力学的理论分析, ,奠定了理想流体力学的基础奠定了理想流体力学的基础 斯蒂文从斯蒂文从“永久运动不可能永久运动不可能”公设出发论证力的平行四边形法则，他公设出发论证力的平行四边形法则，他还在前人用运动学的观点解释平衡条件的基础上，得到虚位移原理的还在前人用运动学的观点解释平衡条件的基础上，得到虚位移原理的初步形式。初步形式。 L.L.潘索在潘索在静力学原理静力学原理-力系的简化和平衡的系统理论，即静力力系的简化和平

13、衡的系统理论，即静力学的体系的建立学的体系的建立在运动学方面在运动学方面, ,伽利略提出加速度以后，惠更斯考虑点在曲线运动中伽利略提出加速度以后，惠更斯考虑点在曲线运动中的加速度的加速度 刚体运动学的研究成果则属于欧拉、潘索。物理学家刚体运动学的研究成果则属于欧拉、潘索。物理学家A.-MA.-M安培提出安培提出“运动学运动学”一词，并建议把运动学作为力学的独立部分一词，并建议把运动学作为力学的独立部分 18071807年年T.T.杨提出弹性模量的概念杨提出弹性模量的概念, ,指出剪切和伸缩一样指出剪切和伸缩一样, ,也是一种也是一种弹性变形弹性变形. .虽然杨氏模量的形式与现代定义不一样虽然杨

14、氏模量的形式与现代定义不一样, ,但杨的工作成但杨的工作成为弹性理论建立的前奏为弹性理论建立的前奏 欧拉建立理想流体的力学方程可看作是连续介质力学的肇端欧拉建立理想流体的力学方程可看作是连续介质力学的肇端 有关固体的弹性、流体的粘性、气体的可压缩性等的物质属性方有关固体的弹性、流体的粘性、气体的可压缩性等的物质属性方程已经陆续建立。运动定律和物性定律这二者的结合，促使弹性程已经陆续建立。运动定律和物性定律这二者的结合，促使弹性固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世 从牛顿到哈密顿的理论体系组成物理学中的经典力学和牛顿力学。从牛顿到哈密顿的理论体系组成物理学中的经典力学和牛顿力学。在弹性和流体基本方程建立后在弹性和流体基本方程建立后, ,所给出的方程一时难以求解，工程所给出的方程一时难以求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法解决。这技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法