周衍柏理论力学课件(PPT可修改版本)

爱因斯坦 (1879-1955)
1879年 3月14日生于德国乌耳姆一个经营电器作坊的 小业主家庭。一年后，随全家迁居慕尼黑。在任工程 师的叔父等人的影响下,爱因斯坦较早地受到科学和哲 学的启蒙。1894年,他的家迁到意大利米兰,继续在慕尼 黑上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的 军国主义教育，自动放弃学籍和德国国籍，只身去米 兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学；1896年 进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理学，
自然和自然规律为黑暗 所蒙蔽上帝说，让牛 顿来！一切遂臻光 明！
一、理论力学研究对象
物理学是研究物质性质、结构、运动规律的科学。世界物质可分 为不同层次、不同运动级别，因而有相应的主要研究科学：
物质层 次
宇观
线度 >108m
宏观
10-1—103m
亚宏观
10-6—10-3m
原子
10-10—10-9m
矢量力学是以牛顿运动定律为基础，从分析质量和物体受 力情况，由此探讨物体的机械运动规律。在矢量力学中，涉及 的量多数是矢量，如力、动量、动量矩、力矩、冲量等。力是 分析力学中最关键的量。
分析力学以达朗伯原理为基础，从分析质量和质量系能量情 况，由此探讨物体机械运动规律。分析力学中涉及的量多数是 标量，如动能、势能、拉格朗日函数、哈密顿函数等。动能和 势能是最关键的量。
二、理论力学研究方法
观察、实验， 总结实验规律， 建立物理模型， 提出合 理假设， 数学演译、逻辑推理 ， 探讨规律， 实验验 证。 理论力学与普通物理的力学不同点是：逻辑推理、数学演译 更强。主要数学要求是：微积分和解常系数微分方程。
三、理论力学的内容结构
理论力学分为矢量力学（即牛顿力学）和分析力学两大部 分。
托勒玫（公元90～168）是古希腊著名的天 文学家、地理学家。约公元90年诞生于埃 及的亚历山大里亚。在公元168年去世，终 年78岁。
托勒玫于公元127年到151年在亚历山大 里亚进行了长期的、大量的天文观测， 托勒玫把这些天文观测成果和地心体系 总结成十三卷巨著《大综合论》，后来 阿拉伯文译本改名为《至大论》。
亚里士多德 (前384-前322)
亚里士多德是世界古代史上最伟大的哲学 家、科学家和教育家。他创立了形式逻辑 学，丰富和发展了哲学的各个分支学科， 对科学作出了巨大的贡献。
亚里土多德出生在马其顿的斯塔吉拉，17 岁时，他赴雅典在柏拉图学园就读达20年 ，直到柏拉图去世后方才离开。也许是受 父亲的影响，亚里士多德对生物学和实证 科学饶有兴趣；而在柏拉图的影响下，他 又对哲学推理发生了兴趣。 《工具论》主要论述了演绎法，为形式逻辑奠定了基础。《物理学 》讨论了自然哲学，存在的原理，物质与形式，运动，时间和空间 等方面的问题。《论天》一书中开始讨论物质和可毁灭的东西。《 气象学》讨论了天和地之间的区域，即行星、彗星和流星的地带。 《形而上学》、《伦理学》、《政治学》和《分析前篇和后篇》等
本书中这两部分内容如下：
质点运动学：第一章 1.1—1.3
质点动力学：第一章 1.4—1.9
矢量力学
质点组动力学：第二章 2.1—2.8 刚体运动学 ：第三章 3.1—3.3
刚体动力学：第三章 3.4—3.10
非惯性系动力学：第四章：4.1—4.5
质点系运动状态的描述：第五章 5.1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析力学的理论基础： 第五章 5.2
高等学校试用教材
理论力学
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—— 配套电子教案
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周衍柏 编
高等教育出版社
预备知识: 普通力学+高等数学
理论力学：两个深化＋两个面向
•方法上: 严谨的数学描述 •理论体系上：经典力学 •面向学科发展前沿和应用 •面向实际体系
学习内容：
第一章：质点力学（20学时） 第二 章：质点组力学（10学时） 第三章 ：刚体力学（24学时） 第四章：非 惯性系动力学（8学时） 第五章： 分析力学（12学时）
地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之远也。 （孙毅）, Ming dynasty
阿基米德 (公元前287-前212),古希腊伟大的 数学家、力学家。后人对阿基米德给以极高 的评价，常把他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有 史以来三个贡献最大的数学家。他的生平没 有详细记载，但关于他的许多故事却广为流 传。据说他确立了力学的杠杆定律之后，曾 发出豪言壮语：“给我一个立足点，我就可 以移动这个地球！”
1572年11月11日第谷发现仙后座中的一颗 新星（银河系的一颗超新星），第二年发 表论文《新星》，后来受丹麦国王腓特烈 二世的邀请，在汶岛建造天堡观象台，建 造了许多大型精密的天文仪器，经过20年 的天文观测，第谷发现了许多新的天文现 象，如黄赤交角的变化、月球运行的二均 差，并重新测量了岁差数值（每年51''）。
为了证实和传播N.哥白尼的日心说，伽利 略献出了毕生精力。由此，他晚年受到教 会迫害，并被终身监禁。
开普勒 (1571-1630)德国近代著名的天文学家、数学家 、物理学家和哲学家。 开普勒是继哥白尼之后第一 个站出来捍卫太阳中心说 、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科 学史家称为“天上的立法者”。
托勒玫的另一巨著是八卷《地理学指南》，书中最早提出了类似 于现代经、纬度的概念。
托勒玫对物理学的重要贡献包括在他的《光学》一书中。他研究 了光在平面镜上的反射和光从一种介质进入另一种介质的时候发 生折射的现象。
第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546-1601） ，丹麦天文学家和占星学家。生于克努兹 斯图普（今属瑞典）。
第谷·布拉赫曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构 体系：地球静居中心，行星绕太阳运行，而太阳则带领行星绕地 球运转。这一体系十七世纪初传入我国后曾一度被接受。
伽利略 (1564-1642)
伟大的意大利物理学家和天文学家，科学 革命的先驱。
伽利略1564年2月15日生于比萨,父亲芬琴 齐奥·伽利莱精通音乐理论和声学，著有《 音乐对话》一书。1574年全家迁往佛罗伦 萨。
1736年1月25日在意大利西北部的都灵出生。 只有18岁的他就以纯分析的方法发展了欧拉 所开创的变分法， 奠定变分法之理论基础。 后入都灵大学。 1755年，19岁的他就已当上 都灵皇家炮兵学校的数学教授。不久便成为 柏林科学院通讯院院士。两年后，他参与创 立都灵科学协会的工作，并于协会出版的科 技会刊上发表大量有关变分法、概率论 、微 分方程、弦振动及最小作用原理等论文。
Zhaozhou Bridge,apply the structure of low arc, built in Sui dynasty
Earthquake detection instrument,apply the theory of inertia force. Produced by Zhangheng, In DongHan dynasty.
哥白尼 (1473-1543)：伟大的波兰天文学家， 日心说的创立者，近代天文学的奠基人。
1473年2月19日生于波兰维斯瓦河畔的托伦城
。10岁丧父，由舅父瓦琴洛德抚养。18岁时进 克拉科夫大学，1497～1500年间他在波洛尼亚 大学读书，除教会法规外，还同时研究多种学 科，尤其是数学和天文学。1497年3月9日，他 在波洛尼亚作了他遗留下的第一个天文观测记 录：月球遮掩金牛座□（毕宿五）的时刻。 1503年，在费拉拉大学获得教会法博士学。 1506年，哥白尼从意大利回到波兰。
②牛顿力学的建立：在哥白尼(日心说)推翻了托勒玫的地心 说，
和在第谷布拉赫积累的天文观察资料基础上,开普勒发现了 行星三定律——总结万有引力定律，牛顿总结了三定律， 1687《自然哲学的数学原理》。
③ 分析力学:（1788）拉格朗日力学建立(至此认为力学天衣 无缝)
④ 近代力学：19世纪末20世纪初出现了经典力学无法解 释的 矛盾。 1）高速（与c比）：相对论（爱因斯坦）； 2）微观粒子： 量子力学（薛定格）； 3）纳米技术：0.1—100nm尺度起关键作用。(原子直径 10-10; 人头发10-4；人100
数月未得到薪金，生活难以维持，年迈的开普勒不得不亲 自到雷根斯堡索取。不幸的是，他刚刚到那里就抱病不起。1630年11月15日， 开普勒在一家客栈里悄悄地离开了世界。他死时，除一些书籍和手稿之外，身 上仅剩下了7分尼（1马克等于100分尼）。
拉格朗日［Lagrange, Joseph Louis，1736-1813 ］法国数学家。
《分析力学》［1788］。《关于解数值方程》［1767］及《关 于方程的代数解法的研究》［1771]。他还写了两部分析巨着《 解析函数论》［1797］及《函数计算讲义》［1801］。
数学界近百多年来的许多成就都可直接或简接地追溯于拉格朗 日的工作。为此他于数学史上被认为是对分析数学的发展产生 全面影响的数学家之一。
他把大部分精力都用在天文学的研究上。 日心地动说的创立和 《天体运行论》的出版 哥白尼的主要贡献是创立了科学的日心 地动说，写出“自然科学的独立宣言”──《天体运行论》。 公 元1616年把《天体运行论》列为禁书。然而经过开普勒、伽利略
、牛顿等人的工作，哥白尼的学说不断获得胜利和发展；恒星光 行差、视差的发现，使地球绕太阳转动的学说得到了令人信服的 证明。
学习成绩： 平时成绩（20％）＋其中考试成绩（ 20％）+期末
（60%） 期末考试：闭卷 平时作业:
1. 习题 （周衍柏理论力学） 2. Project 报告 （基于阅读多篇文献后的读书报
告，必须附文献） 提交方式：书面 或 电子（PDF or PS 格式）（ 独立完成）
绪言
Nature and nature’s law lay hid in night: God said: let Newton be! And all was light！