理论力学教学

魏久平 王甜

【摘要】随着科学技术的日益发展和我国现代化进程的加快，会不断提出新的力学问题。在机械、建筑等行业，复合材料的研制，新型机械、新型建筑的研究和应用，都给力学知识的发展和应用提供了新的机遇和天地。学好理论力学知识，将有利于我们去解决和理论力学有关的新问题，从而促进科学技术的进步，同时也推动理论力学向前发展。

【关键词】理论力学；机械；建筑

一、理论力学研究的内容

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。物体在空间的位置随时间的改变都称为机械运动。在客观世界中，存在着各种各样的物质运动，例如发声、发光等物理现象，化合和分解等化学变化，以及动、植物的生长和人的思维活动等。在所有的运动形式中，机械运动是最简单的一种。例如，车辆的行驶，机器的运转，水的流动，建筑物的振动，人造卫星的运行，等等，都是机械运动。平衡是机械运动的特例，例如物体相对于地球处于静止的状态。物质的各种运动形式在一定的条件下可以互相转化，而且在高级和复杂的运动中，往往存在着简单的机械运动。

理论力学研究的内容是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。至于速度接近于光速的物体的运动，必须用相对论的理论进行研究；而基本粒子的运动，则用量子力学的观点才能予以完善的描述。宏观物体远小于光速的运动是日常生活及一般工程中最常见的，因此说，在现代科学技术中，古典力学仍然起着重大作用。

理论力学通常分为静力学、运动学、动力学三部分。

静力学：研究物体的平衡规律，同时也研究力的一般性质及其合成法则。

运动学：研究物体运动的几何性质，而不考虑物体运动的原因。

动力学：研究物体的运动变化与其所受的力之间的关系。

在理论力学中，力是一个很重要的概念。力是物体间的相互作用，这种作用使物体的机械运动状态或形状发生改变。力使物体机械运动状态发生变化的效应称为力的运动效应（也称外效应）；力使物体发生变形的效应称为力的变形效应（也称内效应）。在理论力学中只讨论力的运动效应。

二、理论力学的研究方法

实践，认识，再实践，再认识，这是任何科学技术发展的正确途径。理论力学的发展也遵循这一规律。具体地说，是从实际出发，经过抽象化、综合、归纳，建立公理，再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来验证理论的正确性。

理论力学普遍采用抽象化和数学演绎的方法来研究物体的机械运动。抽象化的方法是根据所研究的问题的性质，抓住主要的、起决定作用的因素，撇开次要的、偶然的因素，深入事物的本质，了解其内部联系。理论力学中，在研究物体的机械运动规律时，抓住影响物体运动的主要因素，忽略影响较小的次要因素，可把实际物体抽象为力学模型作为研究对象。理论力学中的力学模型有质点、质点系和刚体。要强调的是，抽象应当以所研究的问题为前提条件。例如，对同一个物体，研究其机械运动规律时可视其为刚体，若研究其材料的内力分布与所受外力的关系等问题，必须视其为可变形固体。理论力学中的力学模型有质点、质点系和刚体。

质点：只有質量而无大小的几何点。如果物体的尺寸和形状与所研究的问题关系不大时，就可以把此物体抽象为质点。

质点系：由有限个或无限个质点组成的系统。质点系是最一般的力学模型。

刚体：在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体，即刚体在力的作用下不发生变形。刚体是质点系的一个特例，是对一般固体的理想化。当物体大小、形状的改变很小，对问题的研究影响不大时，可视其为刚体。

数学演绎是建立理论力学体系的重要方法。经过抽象化，将长期实践和实验所积累的感性材料加以分析、综合、归纳，得到一些基本的概念、定律和原理之后，再以此为基础，经过严密的数学推演，得到一些定理和公式，构成了系统的理论力学理论。这些理论揭示了力学中一些物理量之间的内在联系，并经实践证明是正确的。在学习理论力学的过程中，注意到这门学科理论的系统性、严密性，对于理解、掌握这门课程很有帮助。

近代计算机的发展和普及，为解决复杂的力学问题提供了数值计算的方法。计算机已成为学习理论力学知识的有效工具，并在逻辑推演、公式推导、力学理论的发展中发挥重大作用。

三、结论

理论力学研究的是力学中最一般、最基本的规律，它是机械、建筑类专业的技术基础课。许多后继课程，例如材料力学、机械原理、机械零件、结构力学、振动理论等等，都要以理论力学的理论为基础。理论力学分析问题、解决问题的思路和方法，对学好后继课程也很有帮助。

一些日常生活中的现象和工程技术问题，可直接运用理论力学的基本理论去分析研究。比较复杂的问题，则需要用理论力学知识结合其它专业知识进行研究。所以，学习理论力学知识，可为解决工程实际问题打下一定基础。

理论力学的理论既抽象而又紧密结合实际，研究的问题涉及面广，而且系统性和逻辑性很强。理论力学问题既灵活又有一定的规律可循。这些特点，对于培养辨证唯物主义世界观，培养逻辑思维和分析问题的能力，也起着重要作用。

参考文献：

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[2]李俊峰.理论力学课程体系改革探索与实践.中国大学教育，2008.

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