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出版者:

作者:Tenenbaum, R. A.

出品人:

页数:728

译者:

出版时间:2004-1

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9780387008875

丛书系列:

图书标签:

• 动力学
• 动力学
• 应用动力学
• 工程力学
• 振动
• 控制
• 数学建模
• 机械工程
• 物理学
• 系统动力学
• 高等教育

《动力学基础》 本书旨在为读者提供一套扎实的动力学理论基础，以及将这些理论应用于解决实际工程问题的能力。动力学作为物理学的重要分支，研究物体在力的作用下的运动规律，是理解和设计各种机械系统、交通工具、航天器乃至微观粒子行为的关键。本书的编写力求在理论的严谨性和应用的实用性之间取得平衡，帮助读者构建起对动力学概念的深刻理解，并掌握运用数学工具分析和预测运动状态的方法。 第一部分：基础概念与运动描述 本部分将首先回顾和巩固读者在经典力学方面的基本知识，为后续更复杂的动力学问题奠定基础。我们将从质点运动学入手，详细阐述描述物体运动的各种工具和方法，包括位移、速度、加速度等基本概念，以及不同坐标系（如笛卡尔坐标系、极坐标系、自然坐标系）下运动的表达方式。通过丰富的例子，读者将学会如何准确地分析直线运动、曲线运动，以及如何处理相对运动。 接下来，我们将引入刚体运动学的概念。与质点不同，刚体在运动过程中不仅存在平动，还可能存在转动。本书将深入讲解刚体的平动和转动，以及它们的组合运动。我们将详细介绍角位移、角速度、角加速度等描述转动的物理量，并探讨刚体绕固定轴转动、绕定点转动以及一般平面运动的运动学方程。理解这些基本运动学规律，是进行动力学分析的第一步。 第二部分：动力学方程与能量方法 本部分将进入动力学的核心内容，即研究力与运动之间的关系。我们将从牛顿第二定律出发，深入探讨功、能、冲量、动量等基本概念。牛顿第二定律是连接力与运动加速度的桥梁，本书将通过大量实例，展示如何运用牛顿第二定律分析质点和刚体的受力情况，并推导出它们的运动方程。 能量方法是解决动力学问题的一种强大而简洁的工具。我们将详细介绍动能、势能、机械能守恒定律以及功-能定理。这些概念不仅有助于我们更深刻地理解能量在物理系统中的作用，还能在许多情况下，比直接应用牛顿定律更有效地求解问题的运动状态。我们将重点讲解如何识别保守力和非保守力，以及在不同约束条件下应用能量守恒原理。 同样，冲量和动量在处理瞬时大力的碰撞问题以及连续受力作用下的动量变化时具有不可替代的作用。本书将阐述动量守恒定律，并将其应用于分析弹性碰撞、非弹性碰撞等典型问题。通过这些分析，读者将能够理解动量在描述物体惯性特性的重要性。 第三部分：振动与稳定性分析 振动是自然界和工程中普遍存在的现象，理解和控制振动对于保证系统的安全可靠运行至关重要。本部分将系统地介绍简谐振动，包括单自由度系统的自由振动、受迫振动和阻尼振动。我们将推导振动的微分方程，分析振动的频率、振幅、相位等重要参数，并探讨如何通过调整系统参数来改变振动的特性。 此外，我们还将触及更复杂的振动问题，例如多自由度系统的振动以及耦合振动。这些内容将帮助读者理解更真实的工程系统中可能遇到的振动现象，并为进一步学习振动控制和减振技术打下基础。 稳定性分析是动力学研究中另一个重要而实用的领域。本书将引入稳定性分析的基本概念，介绍如何通过分析系统的动态方程来判断其平衡点的稳定性。我们将讲解一些基本的稳定性判据，并展示如何将其应用于分析简单机械系统的稳定性，例如倒立摆的平衡问题。理解和掌握稳定性分析，对于设计可靠的系统至关重要。 第四部分：拉格朗日方程与哈密顿方程 为了更系统、更统一地处理复杂的动力学问题，特别是存在复杂约束的系统，本部分将介绍两种更高级的动力学表述形式：拉格朗日方程和哈密顿方程。拉格朗日方程以能量（动能和势能）为基础，提供了一种更加简洁优雅的推导动力学方程的方法，尤其在处理高度对称或存在复杂约束的系统时优势显著。我们将详细讲解拉格朗日方程的建立过程，并给出应用实例。 哈密顿方程则提供了一种对相空间进行描述的视角，对于理解和分析系统的长期演化行为、研究遍历性以及与统计力学等学科的联系具有重要意义。本书将对哈密顿方程进行介绍，并展示其与拉格朗日方程之间的联系。 第五部分：动力学在工程中的应用 本部分将重点展示动力学理论在各个工程领域的实际应用。我们将通过具体案例，说明如何运用前面学到的动力学知识来分析和解决实际工程问题。内容将涵盖但不限于： 机械系统动力学： 例如连杆机构、齿轮传动、凸轮机构的运动分析与动力学设计。 车辆动力学： 汽车的加速、制动、转向、悬架系统以及轨道车辆的动力学特性。 航空航天动力学： 飞行器的姿态控制、轨道动力学、火箭发动机的推力分析。 机器人动力学： 机械臂的运动规划、力控制以及多关节机器人的动力学建模。 振动控制应用： 桥梁、建筑物的抗震设计，以及机械设备的减振降噪技术。 通过这些丰富的应用案例，读者将能够深刻体会到动力学理论的强大生命力，并将所学知识与实际工程需求相结合，提升解决实际问题的能力。 学习目标： 完成本书的学习后，读者应能够： 熟练掌握质点和刚体的运动学描述方法。 准确应用牛顿第二定律、功-能定理和动量守恒定律分析动力学问题。 理解和掌握简谐振动的基本原理，并能进行简单的振动分析。 初步掌握稳定性分析的基本方法。 了解拉格朗日方程和哈密顿方程在动力学分析中的作用。 将动力学理论应用于解决实际工程问题，并具备初步的动力学建模能力。 本书适合作为大学工程类专业的动力学课程教材，也可作为相关领域工程师和研究人员的参考读物。通过系统学习本书，读者将能够构建起坚实的动力学知识体系，为深入理解和解决更复杂的物理和工程问题打下坚实的基础。

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初翻目录时，我有些被内容安排的逻辑性给“劝退”了。它似乎跳过了许多初级物理课本中常见的、用于建立直观概念的例子，直接从更抽象的、基于拉格朗日和哈密顿力学的视角切入。这对于那些期望从最基础的牛顿定律开始建立起坚实基础的学习者来说，可能是一个不小的挑战。我花了大量时间在理解前几章中的符号约定和坐标系变换上，感觉作者默认读者已经对变分原理和张量分析有所涉猎。不过，一旦跨过了最初的陡坡，后续章节的展开就显得极其流畅和精妙了。特别是涉及到非完整约束和约束动力学的那部分，作者的处理方式非常优雅，将那些原本看起来杂乱无章的微分方程，通过巧妙的数学工具整合在一起，展现出一种内在的和谐美。这本书的难点在于其数学基础的要求较高，但其回报也是巨大的，它强迫你用一种更深层次的视角去理解“运动”这个概念，而不仅仅是停留在受力分析的层面。

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这本书的作者群的学术背景显然非常深厚，他们的贡献使得这本书在理论深度上无可匹敌。通过阅读这本书，我深刻体会到“应用动力学”绝不仅仅是牛顿力学的简单延伸，它融合了更多的控制理论、优化方法以及数值计算的思想。书中对系统的稳定性分析、能量守恒的探讨，以及对复杂机械系统（如多连杆机构、柔性体）的建模方法，都达到了同行研究的水准。虽然阅读过程充满了挑战，需要极大的专注力和时间投入，但它为我打开了一个全新的研究视角，让我能够更自信地去面对实际工程中遇到的那些“棘手”的动力学难题。这本书的价值不在于提供快速答案，而在于训练你如何科学地、系统地去“提问”和“建模”，从而找到解决复杂问题的根本途径。它更像是一本工具书，一本能力培养手册，而不是一本消遣读物。

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从排版和插图的质量来看，这本书显然是为研究生和专业工程师服务的。图示部分很少使用那些卡通化的、简化到失真的示意图，而是尽可能地保留了真实的几何关系和受力分解。然而，这种写实风格也带来了一个小问题：在描述高速运动或多自由度系统的瞬态响应时，静态的二维图示有时难以完全捕捉动态过程的精髓。我会经常需要结合书后面的参考资料，或者自己动手绘制三维模型来辅助理解。不过，这种严谨性也体现在公式的推导上，几乎每一步都有明确的数学依据，没有出现那种“众所周知，所以省略”的模糊地带。对于习惯了追求细节的读者来说，这种不放过任何细节的写作态度是极其宝贵的，它让每一次的知识构建都建立在坚不可摧的逻辑基石之上。

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这本书的封面设计得非常简洁，那种经典的工程教科书风格，黑底白字，让人一看就知道这是本硬核的技术读物。我拿到手的时候，首先被它的分量所震撼，厚得像一块砖头，这预示着内容的深度和广度。书页的纸张质量摸起来很扎实，印刷清晰，图表线条毫不含糊，即便是复杂的力学模型图，也能看得一清二楚。我个人对这种传统的教科书排版情有独钟，它不像那些花里胡哨的科普读物，而是直接切入主题，没有任何多余的装饰。内页的字体选择也偏向于宋体或黑体，阅读起来非常舒服，长时间盯着复杂的公式和推导也不会感到眼睛疲劳。拿到这本书，我就知道自己接下来几个月要啃下一块硬骨头了，但正是这种厚重感，给了我足够的信心，相信作者是在认真对待这个领域的研究成果，并且系统地将其呈现了出来。这本书的装帧也很耐用，感觉可以陪伴我度过好几年的学习和工作生涯，甚至可以作为案头的参考书。

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这本书的习题设计简直是一场“智力马拉松”，它们不是那种套用公式就能轻易解决的简单计算题。很多题目都设置了非常贴近实际工程背景的场景，要求读者必须深入理解理论背后的物理意义，并熟练运用多重积分、偏微分方程的求解技巧。我尤其欣赏的是，有些习题的答案部分只提供了最终结果，而详细的推导过程需要读者自己去摸索。这无疑增加了学习的难度，但同时也极大地培养了独立分析和解决问题的能力。例如，书中有一组关于陀螺仪进动的题目，需要结合刚体动力学的知识，并引入四元数进行描述，这比我之前读过的任何教材都要深入得多。做完这些题，我感觉自己像是经历了一次高强度的思维训练，对系统动力学的理解从“知道”上升到了“掌握”的层次。这绝不是一本可以“翻过去”的书，每一道题都值得反复推敲。

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