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交大名家----理论力学教材过眼录3

已有 7074 次阅读 2012-10-2 11:11 |个人分类:书文评论|系统分类:教学心得| 教材, 上海交通大学, 理论力学

我在鞍山钢铁学院理论力学教研室的时候,就知道上海交通大学吴镇教授有套《理论力学》1教材,但一直没有读过。直到1995年,我到上海交大读博士,申请了助教津贴,教学任务是为汽车专业专升本的学生讲理论力学,用的就是吴镇教授的书。我入交大读书的时候,吴镇教授已经退休。有时候还参加教研室的活动,但我没有见过。

 

吴镇教授的书初稿完成与1962年,但一直没有出版。我从吴镇教授翻译的《振动分析基础》(留校工作时教研室发的上、下两册)推测,内部铅印的看上去也与出版的书差不多。出版的是实际上已经是第6版。书中有些内容很有意思。例如用几何方法求2个平行力的合力,别处没有,至少我不记得以前看过,后来在周培源的《理论力学》上又看到。又例如,相对运动动能定理部分讨论了离心势能,也不常见。我在92年曾在《力学与实践》上发表篇短文“广义惯性力的广义非惯性势”。总体上,我觉得该书最大的优点还是编写和收集了不少有难度的例题和习题。采用较多的哈工大教材包括后来出配套的习题集,难题不多。

 

刘延柱教授的《理论力学》2我也是久闻大名,但一直没有见到书。1996322,导师刘先生送我一本,并写了“赠予立群指正”。当时我入学不久,导师还比较客气。等到20011116导师赠送我该书第二版3时,写的就是 “立群惠存”。刘先生不仅是我的导师,而且还为我上过“航天器姿态动力学”课。另外,我担任他主讲本科生课程“振动力学”和“工程中动力学”课程的助教,全程听课。

 

先生《理论力学》的最大亮点是运动学中增加了分析运动学一章。自由度以及相关的约束等本来就是运动学概念,从逻辑上看放在运动学中讲授顺理成章;从教学上考虑,如果放在分析力学中处理,与虚位移等新概念一同出现,也增加学生的负担。我在90年代初从理论力学教学中深切感到,运动学中要加强分析方法,还发表过相应的教学文章,但没有足够的理论素养彻底处理这个问题。早引入自由度的概念,也被范钦珊先生主编的《工程力学教程III》采纳。静力学部分处理的非常简洁,据我所见,是工科教材中第一次像朱照宣先生等《理论力学》那样按照力系简化----受力分析----平衡问题的思路统一处理空间和平面问题,而且在约束特性分析方面继承工科教材的传统,处理的比朱先生的书更为细致。矢量动力学部分比传统的工科教材略有扩充,主要与非惯性系相关的内容。分析力学中微分型的变分原理讲解的更全面透彻,讲解了第一类拉格朗日方程、非完整约束和哈密顿原理。动力学专题的处理也有特色。把分析力学方法应用于碰撞问题,不仅导出了碰撞时的拉格朗日方程的广义动量形式,朱先生等的书用个例题处理,而且导出了碰撞时的动能定理;在振动问题中介绍了相平面方法;刚体动力学的内容比朱先生等的书要少些。

 

先生《理论力学》的第二版有向传统教学内容回归的趋势。运动学部分把分析运动学移至最后,成为相对独立的部分。矢量动力学中把原来独立的非惯性系中运动一章内容分散都相关各章。分析力学部分删去了一些高级题材。第三版4基本上保持第二版的体系和特色,教学法考虑方面有所加强,例如对例题和习题的难度有调整,并增加一些新的例题和习题,也加强对例题的分析和解释。从我个人偏好而论,还是最喜欢第一版。

 

洪嘉振教授的《理论力学》又是教学体系方面的革命。我最初听洪先生谈他的设想是在1999年在上海交通大学开的全国工科基础力学教学内容与体系改革研讨会上,很受震撼。后来看到教材的序言才知道,他的想法已经酝酿两年。我在交大读书时,听过洪先生上的多体动力学课程。洪先生奖掖后进,每版教材都送我一本。

 

先生把多体动力学的思想和方法引入理论力学课程中,也引入了计算软件,称为“理论力学问题求解器”。所谓多体动力学的思想和方法,我可能比较外行的理解就是,引入刚体的连体基,连体基与基点共同描述刚体的位形;引入约束库刻画工程系统中各种可能的约束;运动学就是就是求解约束关系的代数方程,动力学问题则是求解动力学方程导出的微分-代数方程,静力学是动力学的特例。编著教材时也兼顾传统的教学内容,因此洪先生的书其实是沿着多体动力学方法和传统理论力学教学内容两条主线展开。第一版5中多体动力学的内容还局限于平面情形,而传统理论力学的内容动力学方面相当系统,而运动学和静力学都很少。第二版6形成了更完整的教学体系,特别加强了对传统教学内容的兼顾。整体格局是静力学、运动学和动力学大体遵循传统,内容也相对完整;多体动力学方法主要集中在运动学和动力学计算机辅助分析的两章。第三版7保持了第二版的教学体系;内容的细节也有些变化,例如第二版推导力螺旋简化中心位置和主矩时用的是矢量代数的方法,而则第三版用更突出力学和几何意义的方法;运动学和动力学的内容调整更多些;在例题习题方面有补充;纸质改良使得文字和图形用黑和篮两种颜色。

 

交大的三种教材体现了学术的积累和发展。吴镇先生的教材主要是长期教学经验的总结。书中的部分例题和习题,被刘先生和洪先生的教材说汲取。众所周知,刘先生、洪先生都是动力学与控制领域的知名专家。在我看来,两位先生的教材都是作者开阔的科技视野、深刻的学术洞见和丰富的教学经验的完美结合,体现了当代力学教材的最高水准。

 

 

1 吴镇编著. 理论力学(上、下册). 上海交通大学出版社,1989

2 刘延柱,杨海兴. 理论力学. 北京:高等教育出版社,1991

3 刘延柱,杨海兴,朱本华编著. 理论力学(2). 北京:高等教育出版社,2001

4 刘延柱,杨海兴,朱本华编著. 理论力学(3). 北京:高等教育出版社,2009

5 洪嘉振,杨长俊编著. 理论力学. 北京:高等教育出版社,1999

6 洪嘉振,杨长俊编著. 理论力学(2). 北京:高等教育出版社,2002

7 洪嘉振,杨长俊编著. 理论力学(3). 北京:高等教育出版社,2008



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