工程力學：動力學

引用

Meriam, J. L., & Kraige, L. G. (2007). Engineering Mechanics: Dynamics (6th ed.). Wiley.

章節概要

第六版是 Meriam 與 Kraige《工程力學》系列中的動力學分冊（靜力學分冊另有自己的 ISBN）。目錄共八章，分為兩部分，其後是四個附錄和索引。出版社的介紹稱，本書五十多年來一直為力學原理打下基礎，本版有超過40%的作業題是新的，增加了新的例題和更多把理論與應用聯絡起來的照片，並強烈強調繪製受力圖（自由體圖），認為這是解決力學問題最重要的技能。

第一部分：質點動力學

前四章依次是：動力學導論；質點運動學；質點動力學（Kinetics）；質點系動力學。運動學（描述運動）與動力學（把運動與力聯絡起來）的劃分直接體現在章節標題裡，這一部分最後把質點動力學擴充套件到質點系。

第二部分：剛體動力學

後四章依次是：剛體平面運動學；剛體平面動力學；剛體三維動力學導論；振動與時間響應。這一部分對有限大小的物體重複「先運動學、後動力學」的模式，先在平面內，再以導論的形式擴充套件到三維，最後講振動與時間響應。

附錄

附錄A，面積慣性矩；附錄B，質量慣性矩；附錄C，數學專題選編；附錄D，常用表格。兩個慣性矩附錄把面積慣性矩和質量慣性矩集中在一處。

核心概念

第一部分：質點

• 運動學與動力學：先單獨描述運動，再把運動與力聯絡起來。
• 受力圖（自由體圖）：出版社稱本書最強調的技能。
• 質點系：第四章對質點動力學的擴充套件。

第二部分：剛體

• 剛體平面運動：二維的運動學和動力學。
• 三維動力學：緊接在平面各章之後的導論。
• 振動與時間響應：收尾章節。
• 慣性矩：面積慣性矩和質量慣性矩，見附錄A和附錄B。

評析

優點

• 清晰的兩部分結構。 先質點、後剛體，每部分都是先運動學、後動力學。僅從目錄就能看出這一結構，讀者能看清每個主題所處的位置。
• 強調解題方法。 出版社明確指出本書強調繪製受力圖，並有新的例題，因此全書是通過有步驟的示範來幫助學習的。
• 更新過的習題集。 據出版社介紹，本版超過40%的作業題是新的，這對在不同版本之間重複使用習題集的教師很重要。
• 參考性附錄。 面積慣性矩、質量慣性矩、數學專題和常用表格都在同一冊書中，常用參考資料就在手邊。

侷限

• 習題與版本繫結。 40%的新作業題意味著題號與早先版本不同，因此為其他版本編寫的題解集和教學大綱無法一一對應。
• 部分內容只是入門。 剛體三維動力學在章節標題中就標明是導論，振動只在最後有一章，所以這兩個方向上的進階學習需要其他書。
• 只講動力學。 靜力學在另一冊中，需要平衡方法的讀者必須另選一本書。

在課程中的定位

Meriam 和 Kraige 是靜力學與動力學書單中的動力學教材。它應在靜力學之後閱讀，Hibbeler 的 Engineering Mechanics: Statics 是這份書單中的靜力學教材；兩本書作者和出版社不同，是讀者自行選擇搭配使用，而非成套的配對。Bird 和 Ross 的 Mechanical Engineering Principles 從簡單數學出發，循序漸進地講授靜力學、動力學和基礎材料力學，可作為較平緩的起點。Moebs、Ling 和 Sanny 的 University Physics Volume 1 提供運動學、力和能量方面基於微積分的物理背景。

進一步學習方面，Williams 的 Fundamentals of Applied Dynamics 講授質點和剛體動力學、功能方法、動量、振動以及拉格朗日分析入門；Rao 的 Mechanical Vibrations 深入討論自由振動和受迫振動，可作為振動一章的後續。

如何使用本書

本書面向在學完靜力學之後修讀第一門動力學課程的工程專業學生。微積分、向量代數和一門靜力學課程是自然的準備，因為靜力學中的受力圖和力的平衡是動力學（Kinetics）的出發點。

實用安排：

• 核心： 第一部分按順序閱讀。從第一個動力學章節起就養成畫受力圖的習慣，因為出版社的強調錶明它是本書的基本工具。
• 剛體： 第5章和第6章是第二部分的核心；需要時再讀面積和質量慣性矩的附錄。
• 選讀： 第7章（三維動力學）和第8章（振動），視課程而定。
• 練習： 先做例題，再做作業題，並且總是先畫受力圖。
• 進度： 如果一學期前半學期學完第一部分，後半學期學第二部分的平面運動各章，則三維動力學和振動兩章留給後續課程或自學。
• 檢查解題思路： 選擇公式之前，先用文字說明每道題是要由力求運動（動力學）還是由幾何求運動（運動學）；章節標題正是沿著這條線劃分全書的。
• 下一步： 學完第二部分後想深入振動的讀者可以讀 Rao 的 Mechanical Vibrations，想從分析力學角度學習的讀者可以讀 Williams。