A Treatise on Gyrostatics and Rotational Motion - Theory and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:General Books LLC

作者:Andrew Gray

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2010-1-1

价格:USD 29.89

装帧:Paperback

isbn号码:9781152080850

丛书系列:

图书标签:

• Gyrostatics
• Rotational Motion
• Classical Mechanics
• Applied Mathematics
• Physics
• Engineering
• Theoretical Physics
• Dynamics
• Mathematical Physics
• Fluid Dynamics

《陀螺动力学与旋转运动：理论与应用》 本书深入探讨了陀螺动力学和旋转运动的迷人世界，为读者提供了一个全面而严谨的理论框架，并辅以丰富多样的实际应用案例。本书旨在构建读者对物体在三维空间中旋转行为的深刻理解，从基本的物理原理出发，逐步深入到复杂现象的分析。 第一部分：基础理论与数学框架 本部分将奠定坚实的理论基础。我们将从牛顿力学中的角动量守恒原理入手，详细阐述角动量、力矩以及它们之间的相互关系。这部分内容将为后续更复杂的分析提供必要的工具。 角动量与力矩： 详细解析角动量作为旋转运动基本量的定义，以及力矩如何改变物体的角动量。我们将引入向量表示法，以精确描述这些物理量及其在三维空间中的方向。 转动惯量： 深入探讨转动惯量的概念，解释它在旋转运动中扮演的角色，类似于直线运动中的质量。我们将介绍不同形状和质量分布物体的转动惯量计算方法，包括欧拉角和主轴的概念。 欧拉方程： 这是本书的核心理论之一。我们将详细推导并解释欧拉方程，它是描述刚体在无外力矩作用下自由旋转运动的运动方程。通过欧拉方程，我们可以理解自由陀螺的进动（precession）和章动（nutation）等奇特现象。 陀螺的稳定性： 分析影响陀螺稳定性的关键因素，包括转速、形状和外部干扰。我们将探讨陀螺在不同状态下的行为，以及其内在的稳定机制。 刚体动力学中的微分方程： 介绍求解旋转运动问题所必需的微分方程组，并讨论几种常见的求解方法，为后续分析提供数学工具。 第二部分：陀螺动力学的核心概念 本部分将聚焦于陀螺动力学的独特现象和关键概念，深入剖析其背后的物理机制。 进动（Precession）： 详细阐述陀螺在受到重力等力矩作用时产生的缓慢旋转运动。我们将解释进动的方向和速度与力矩、角动量之间的定量关系。 章动（Nutation）： 介绍陀螺在进动过程中出现的周期性上下摆动现象。我们将深入分析章动的产生原因，以及其与进动之间的耦合关系。 陀螺的惯性定向： 探讨陀螺如何利用其旋转产生的稳定性来维持一个固定的指向。这将为理解陀螺在导航和稳定系统中的应用奠定基础。 复杂陀螺系统： 引入万向节（gimbal）等概念，分析带有万向节的陀螺系统的动力学特性，以及万向节对陀螺运动的影响。 第三部分：旋转运动的进阶理论 本部分将扩展理论的广度，涵盖更广泛的旋转运动现象和相关理论。 非刚体旋转： 讨论流体、弹性体等非刚体在旋转运动中的行为，以及其与刚体旋转的异同。 受迫旋转与阻尼： 分析外部周期性力矩作用下的旋转运动，以及摩擦力和空气阻力等耗散因素对旋转运动的影响。 多体系统的旋转动力学： 介绍多个相互作用的旋转体组成的系统的动力学分析方法。 相对运动与参考系变换： 深入理解在不同惯性系和非惯性系下描述旋转运动的挑战，以及坐标系变换的重要性。 第四部分：实际应用与工程案例 理论与实践相结合，本部分将展示陀螺动力学和旋转运动在各个领域的广泛应用，让读者体会其工程价值。 导航系统： 惯性导航系统（INS）： 详细介绍陀螺仪和加速度计如何协同工作，为飞机、舰船、导弹和航天器提供自主导航能力。我们将深入分析陀螺仪的误差来源和校正方法。 姿态确定系统： 讲解陀螺仪在确定航天器、无人机等载体的姿态（俯仰、滚转、偏航）方面的作用。 稳定装置： 船舶稳定器： 介绍利用大型旋转飞轮来抵消船舶倾斜的原理，提高航行舒适性。 相机稳定器： 分析手持云台和专业稳定器中陀螺技术的应用，实现平滑稳定的画面拍摄。 光学仪器稳定： 讲解在望远镜、雷达等设备中，如何利用陀螺来补偿平台晃动，确保指向精度。 航空航天： 卫星姿态控制： 介绍利用反作用轮（reaction wheels）或角动量轮（momentum wheels）来精确控制卫星在轨姿态的原理。 火箭姿态控制： 分析在发射过程中，如何利用陀螺和推力矢量控制来维持火箭的飞行轨迹。 其他应用： 玩具与娱乐： 简单的陀螺玩具背后的物理学原理。 精密测量仪器： 如激光陀螺和光纤陀螺在高精度测量中的应用。 车辆动力学： 介绍在汽车和高速列车中，旋转部件（如车轮、发动机）对整体动力学特性的影响。 工程机械： 讨论重型机械（如起重机、挖掘机）中旋转部件的稳定性设计。 本书特色： 结构清晰，逻辑严谨： 从基础理论到高级应用，循序渐进，便于读者掌握。 理论与实践并重： 既有深入的数学推导，又包含大量贴近现实的应用案例，增强学习的趣味性和实用性。 图文并茂： 配备丰富的图示和示意图，帮助读者直观理解抽象的物理概念。 语言通俗易懂： 尽管涉及复杂的物理和数学概念，但力求语言的清晰和易于理解。 目标读者： 本书适合物理学、航空航天工程、机械工程、控制工程等相关专业的本科生、研究生，以及从事相关领域研究和开发的工程师、科研人员。同时，对陀螺动力学和旋转运动感兴趣的广大读者，也能从中获益。 通过阅读本书，读者将能够深刻理解支配物体旋转运动的基本物理定律，掌握分析和解决旋转动力学问题的工具，并领略陀螺动力学在现代科技和社会发展中的重要作用。

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