理論力學教學

魏久平 王甜

【摘要】隨著科學技術的日益發(fā)展和我國現(xiàn)代化進程的加快，會不斷提出新的力學問題。在機械、建筑等行業(yè)，復合材料的研制，新型機械、新型建筑的研究和應用，都給力學知識的發(fā)展和應用提供了新的機遇和天地。學好理論力學知識，將有利于我們?nèi)ソ鉀Q和理論力學有關的新問題，從而促進科學技術的進步，同時也推動理論力學向前發(fā)展。

【關鍵詞】理論力學；機械；建筑

一、理論力學研究的內(nèi)容

理論力學是研究物體機械運動一般規(guī)律的科學。物體在空間的位置隨時間的改變都稱為機械運動。在客觀世界中，存在著各種各樣的物質(zhì)運動，例如發(fā)聲、發(fā)光等物理現(xiàn)象，化合和分解等化學變化，以及動、植物的生長和人的思維活動等。在所有的運動形式中，機械運動是最簡單的一種。例如，車輛的行駛，機器的運轉(zhuǎn)，水的流動，建筑物的振動，人造衛(wèi)星的運行，等等，都是機械運動。平衡是機械運動的特例，例如物體相對于地球處于靜止的狀態(tài)。物質(zhì)的各種運動形式在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化，而且在高級和復雜的運動中，往往存在著簡單的機械運動。

理論力學研究的內(nèi)容是速度遠小于光速的宏觀物體的機械運動，它以伽利略和牛頓總結(jié)的基本定律為基礎，屬于古典力學的范疇。至于速度接近于光速的物體的運動，必須用相對論的理論進行研究；而基本粒子的運動，則用量子力學的觀點才能予以完善的描述。宏觀物體遠小于光速的運動是日常生活及一般工程中最常見的，因此說，在現(xiàn)代科學技術中，古典力學仍然起著重大作用。

理論力學通常分為靜力學、運動學、動力學三部分。

靜力學：研究物體的平衡規(guī)律，同時也研究力的一般性質(zhì)及其合成法則。

運動學：研究物體運動的幾何性質(zhì)，而不考慮物體運動的原因。

動力學：研究物體的運動變化與其所受的力之間的關系。

在理論力學中，力是一個很重要的概念。力是物體間的相互作用，這種作用使物體的機械運動狀態(tài)或形狀發(fā)生改變。力使物體機械運動狀態(tài)發(fā)生變化的效應稱為力的運動效應（也稱外效應）；力使物體發(fā)生變形的效應稱為力的變形效應（也稱內(nèi)效應）。在理論力學中只討論力的運動效應。

二、理論力學的研究方法

實踐，認識，再實踐，再認識，這是任何科學技術發(fā)展的正確途徑。理論力學的發(fā)展也遵循這一規(guī)律。具體地說，是從實際出發(fā)，經(jīng)過抽象化、綜合、歸納，建立公理，再應用數(shù)學演繹和邏輯推理而得到定理和結(jié)論，形成理論體系，然后再通過實踐來驗證理論的正確性。

理論力學普遍采用抽象化和數(shù)學演繹的方法來研究物體的機械運動。抽象化的方法是根據(jù)所研究的問題的性質(zhì)，抓住主要的、起決定作用的因素，撇開次要的、偶然的因素，深入事物的本質(zhì)，了解其內(nèi)部聯(lián)系。理論力學中，在研究物體的機械運動規(guī)律時，抓住影響物體運動的主要因素，忽略影響較小的次要因素，可把實際物體抽象為力學模型作為研究對象。理論力學中的力學模型有質(zhì)點、質(zhì)點系和剛體。要強調(diào)的是，抽象應當以所研究的問題為前提條件。例如，對同一個物體，研究其機械運動規(guī)律時可視其為剛體，若研究其材料的內(nèi)力分布與所受外力的關系等問題，必須視其為可變形固體。理論力學中的力學模型有質(zhì)點、質(zhì)點系和剛體。

質(zhì)點：只有質(zhì)量而無大小的幾何點。如果物體的尺寸和形狀與所研究的問題關系不大時，就可以把此物體抽象為質(zhì)點。

質(zhì)點系：由有限個或無限個質(zhì)點組成的系統(tǒng)。質(zhì)點系是最一般的力學模型。

剛體：在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點之間的距離始終保持不變的物體，即剛體在力的作用下不發(fā)生變形。剛體是質(zhì)點系的一個特例，是對一般固體的理想化。當物體大小、形狀的改變很小，對問題的研究影響不大時，可視其為剛體。

數(shù)學演繹是建立理論力學體系的重要方法。經(jīng)過抽象化，將長期實踐和實驗所積累的感性材料加以分析、綜合、歸納，得到一些基本的概念、定律和原理之后，再以此為基礎，經(jīng)過嚴密的數(shù)學推演，得到一些定理和公式，構成了系統(tǒng)的理論力學理論。這些理論揭示了力學中一些物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系，并經(jīng)實踐證明是正確的。在學習理論力學的過程中，注意到這門學科理論的系統(tǒng)性、嚴密性，對于理解、掌握這門課程很有幫助。

近代計算機的發(fā)展和普及，為解決復雜的力學問題提供了數(shù)值計算的方法。計算機已成為學習理論力學知識的有效工具，并在邏輯推演、公式推導、力學理論的發(fā)展中發(fā)揮重大作用。

三、結(jié)論

理論力學研究的是力學中最一般、最基本的規(guī)律，它是機械、建筑類專業(yè)的技術基礎課。許多后繼課程，例如材料力學、機械原理、機械零件、結(jié)構力學、振動理論等等，都要以理論力學的理論為基礎。理論力學分析問題、解決問題的思路和方法，對學好后繼課程也很有幫助。

一些日常生活中的現(xiàn)象和工程技術問題，可直接運用理論力學的基本理論去分析研究。比較復雜的問題，則需要用理論力學知識結(jié)合其它專業(yè)知識進行研究。所以，學習理論力學知識，可為解決工程實際問題打下一定基礎。

理論力學的理論既抽象而又緊密結(jié)合實際，研究的問題涉及面廣，而且系統(tǒng)性和邏輯性很強。理論力學問題既靈活又有一定的規(guī)律可循。這些特點，對于培養(yǎng)辨證唯物主義世界觀，培養(yǎng)邏輯思維和分析問題的能力，也起著重要作用。

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