看不見的力是怎樣存在于我們的生活當(dāng)中的?怎么才能感受到它?它有什么作用?它對我們的生活有什么影響?本書來給你答案。本書共分為5章,講述內(nèi)容包括力學(xué)的基礎(chǔ)知識、物體的運動、力與運動、功與能量、動量與沖量。
本書適合對力學(xué)知識有興趣的讀者閱讀,可作為力學(xué)入門課本。
本書運用大量的漫畫圖解方式,講述了與人們生活相關(guān)的力學(xué)知識,內(nèi)容包括:力學(xué)基礎(chǔ)知識、物體的運動、力與運動、做功與動能、動量和沖量。書籍篇幅不大,讀者不用花費大量的時間就可以了解力學(xué)知識。
本書作為力學(xué)的入門級讀物,特別注重讓讀者能夠讀懂和領(lǐng)會全篇內(nèi)容,同時采用了通俗易懂的插圖,也便于讀者理解。
力學(xué)涉及各種領(lǐng)域。本書主要闡述了從小學(xué)到高中的教科書中所涉及的力、能量以及運動等方面的基礎(chǔ)知識,當(dāng)然也都將在牛頓力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)的范圍內(nèi)進(jìn)行討論。
力學(xué)與我們的生活有著緊密的聯(lián)系。但是實際上,在學(xué)校的課程中,學(xué)習(xí)力學(xué)的時間是有限的,我想應(yīng)該會有一些人因力學(xué)難以理解,而只留下力學(xué)很難學(xué)習(xí)的印象。我之所以采用現(xiàn)在這樣的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容,是因為正好遇到了一位小學(xué)四年級的小女孩。
她說:因為假期的研究課題是浮力,我正在進(jìn)行這方面的調(diào)查,希望能得到您的幫助。于是我們在約定的圖書館探討了一個小時左右。
這位小女孩的調(diào)查非常詳細(xì),也向我提出了幾個問題,我盡可能用通俗簡單的語言回答了她的問題。
若是給高中生講解的話,通常是給出公式,然后得出上浮或者下沉的結(jié)論,就解答清楚了。但現(xiàn)在對象是小學(xué)生,我必須用小學(xué)生可以理解的語言進(jìn)行說明,讓我非常高興的是,這位小女孩理解了我對這些問題的解答。
這件事情過去不久,我就接到了本書的編寫邀約。
因此,我盡量避開嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x闡述和較長的計算公式,采用即使是不擅長力學(xué)的人也能理解的講述方法,撰寫了第1章。我想在粗略地讀了第1章之后,您就會對本書所涉及的內(nèi)容有個大致的了解。
在第2章之后,依據(jù)內(nèi)容的需要,還是會出現(xiàn)一些計算公式,這是為了清楚描述力學(xué)規(guī)律,而無法避免會用到的最基礎(chǔ)的公式和計算例題。盡管,對我來說,用進(jìn)行微分積分后進(jìn)行求導(dǎo)等專業(yè)術(shù)語進(jìn)行講解更為方便,但針對這一部分公式,我也會盡量不從數(shù)學(xué)角度去解說、推導(dǎo),而是用算術(shù)的方法去解決所遇到的問題。
但是書中還是直接使用了三角函數(shù)公式,因為無論如何都沒有辦法用其他說明替代。因此,我認(rèn)為三角函數(shù)就是讓大多數(shù)人感到力學(xué)很難學(xué)的第一個挫敗點。為此,我在書中只選擇了能夠運用少量三角函數(shù)知識就能解決的力學(xué)問題進(jìn)行講解。
即使是力學(xué)中最重要的矢量,書中也沒有使用這樣的符號來表示,而是在不需要嚴(yán)謹(jǐn)劃線描繪的地方,在沒有大矛盾的前提下,以圖解的方法表示出來。
對于力學(xué)相關(guān)的術(shù)語,也都優(yōu)先考慮用通俗易懂的語言去表述。
還有像身邊的各種物理現(xiàn)象,如自行車或貨物的搬運等,都將其簡化為力學(xué)模型進(jìn)行講解,所有這些努力都是為了讓讀者能夠更容易地讀懂本書。
如果讀了本書之后,您能有原來力學(xué)并不是那么難的感受,這就是我最大的幸福。
最后,誠摯地感謝給了我編寫本書機會并給予許多建議和鼓勵的科學(xué)書籍編輯部的中右文德先生,也衷心地感謝為便于讀者理解而創(chuàng)作有趣插圖和認(rèn)真進(jìn)行電子排版的出版社的全體制作人員!
小峰龍男
2014年8月
李連進(jìn),天津商業(yè)大學(xué)機械與包裝工程系,系主任、教授,李連進(jìn)、男、工學(xué)博士、教授、日本留學(xué)回國人員,現(xiàn)擔(dān)任天津商業(yè)大學(xué)機械與包裝工程系主任、天津市食品包裝機械協(xié)會副秘書長,主講包裝機械。
具有東北大學(xué)機械與自動化學(xué)院、機械電子部軍工研究所、佳能株式會社研究所等單位的設(shè)計和制造經(jīng)驗,主持(或參加)了國家863、天津市科技重點支撐項目、教育部重點課題、企業(yè)橫向課題近十余項研究課題。在國內(nèi)外期刊和國際會議上發(fā)表論文80余篇(其中Sci和EI收錄20余篇),出版了兩部教材,獲得天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步2等獎和3等獎以及國家冶金科技2等獎各、其它省部級獎勵4項,取得國家發(fā)明專利8項。
現(xiàn)在主要從事包裝機械的設(shè)計制造工作,同時組織包裝企業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作。
機械與包裝工程系在2010年被中國包裝聯(lián)合會評為包裝教育先進(jìn)單位。
第1章 力學(xué)的基礎(chǔ)知識 1
1-1 力學(xué)表明力與運動的關(guān)系 2
1-2 力改變物體的形狀和運動狀態(tài) 4
1-3 慣性和質(zhì)量是表示物體運動狀態(tài)的性質(zhì) 6
1-4 決定物體重量的因素重量與重力 8
1-5 我們生活在重力場和慣性系中重力場與慣性系 10
1-6 作用于放置在桌上書的力相互作用和作用力與反作用力 12
1-7 摩擦是在接觸面相對運動時產(chǎn)生的現(xiàn)象 14
1-8 簡化物體的運動質(zhì)點與坐標(biāo)系 16
1-9 速率和速度是不同的物理量標(biāo)量與矢量 18
1-10 長度和時間等的描述方法物理量和單位 20
1-11 拋球時的技巧拋投運動 22
1-12 力(矢量)的表示和使用 24
1-13 力和力矩的平衡作用于剛體的力 26
1-14 功就是使物體移動 28
1-15 能量是做功的能力機械能守恒定律 30
1-16 動量表示運動的趨勢動量守恒定律 32
專欄 我們?nèi)粘I钪械牧W(xué)實驗 34
第2章 物體的運動 35
2-1 賽跑選手的運動軌跡基本的平面運動 36
2-2 速度的國際單位是m/s速度的單位與換算 38
2-3 通過例題學(xué)習(xí)勻速直線運動 40
2-4 將問題視覺化勻速直線運動圖 42
2-5 靈活地思考巧妙地使用繪畫 44
2-6 汽車從啟動到停止加速運動 46
2-7 以勻變速奔馳的汽車勻變速運動的公式 48
2-8 勻變速運動的計算例1用公式求解 50
2-9 勻變速運動的計算例2用圖形求解 52
2-10 重力引發(fā)的豎直向下的運動自由落體 54
2-11 球的向上拋投與向下拋投豎直方向上的加速運動 56
2-12 向上拋投與向下拋投的例題數(shù)值計算的例子 58
2-13 手算開根號開平方法 60
2-14 向斜上方拋投的球會如何運動?斜拋運動 62
2-15 無法避免的三角函數(shù)三角函數(shù)的基礎(chǔ) 64
2-16 投球達(dá)到最遠(yuǎn)的角度是仰角45斜向拋投的例題 66
2-17 過山車的速度斜面上的運動 68
專欄 身體能夠感覺到的速度是多少? 70
第3章 力與運動 71
3-1 自然界的4種基本相互作用力磁力引發(fā)的阻力 72
3-2 各種各樣的力的作用方式力的類型 74
3-3 矢量的合成與分解矢量的作圖法 76
3-4 作用于一點的力的平衡合力為零 78
3-5 力和重力(重量)的單位N還是kg? 80
3-6 保持運動的狀態(tài)牛頓第一定律 82
3-7 力、質(zhì)量和加速度的關(guān)系牛頓第二定律 84
3-8 作用力、反作用力與非慣性系的運動牛頓第三定律 86
3-9 電梯中力之間的關(guān)系慣性力和運動方程式 88
3-10 電梯與其內(nèi)物體的力的關(guān)系區(qū)分不同的力 90
3-11 接觸面上阻礙運動的力摩擦力 92
3-12 裝載在手推車上的貨物滑動時的運動非慣性坐標(biāo)系的摩擦力 94
3-13 放在斜面上的物體的運動斜面與摩擦 96
3-14 拔河的勝負(fù)取決于摩擦力摩擦問題的思考 98
3-15 圓周軌跡上的運動勻速圓周運動 100
3-16 使物體進(jìn)行圓周運動的力向心力 102
3-17 身體感覺得到的旋轉(zhuǎn)力離心力 104
3-18 使物體旋轉(zhuǎn)力矩 106
3-19 探索身邊存在的力矩簡單的計算例 108
3-20 作用于物體上的力的平衡平衡與重心 110
3-21 推動箱子而不倒關(guān)鍵是箱體的寬度 112
3-22 力矩的作用力偶和力矩引發(fā)的力 114
專欄 力矩與扭矩 116
第4章 功與能量 117
4-1 體驗功的定義力學(xué)上的功 118
4-2 在廚房進(jìn)行的實驗力和功 120
4-3 做功不易滑輪做功 122
4-4 利用三角形做功的智慧斜面上做功 124
4-5 功與能量的關(guān)系 126
4-6 經(jīng)典力學(xué)中物體的能量機械能 128
4-7 彈簧的做功與能量彈性勢能 130
4-8 存儲能量的重力機械能守恒定律 132
4-9 過山車的運動原理機械能守恒定律的應(yīng)用 134
4-10 秋千的單擺運動機械能守恒定律和擺動 136
4-11 消耗機械能的力非保守力 138
4-12 機械能與熱能功與熱 140
4-13 熱傳遞能量熱運動與熱量 142
4-14 熱能守恒能量守恒定律 144
4-15 能量轉(zhuǎn)換與自行車的剎車熱能做的功 146
4-16 動力大則做功快功率 148
4-17 差動滑輪的功功率的計算例子 150
專欄 地鐵線路的節(jié)能措施 152
第5章 動量與沖量 153
5-1 動量表示物體保持運動的趨勢動量守恒定律 154
5-2 運動的趨勢與能量速度加倍和速度平方的差異 156
5-3 能量的功和沖量的碰撞計算例子 158
5-4 物體的碰撞和反彈恢復(fù)系數(shù) 160
5-5 落體的反彈高度自由落體的恢復(fù)系數(shù) 162
5-6 碰撞是重心接近后又分離的運動碰撞后的速度 164
5-7 求解碰撞后的運動速度碰撞計算 166
5-8 分析斜面上的碰撞平面內(nèi)的碰撞 168
5-9 棒球的擊球與飛機的推力思考動量 170
5-10 研究水或空氣的運動流體力學(xué) 172
5-11 水管內(nèi)的水和噴氣發(fā)動機流體的動量 174
5-12 自來水管道的沖擊聲與沖擊式水輪機流體的沖擊力 176
5-13 利用力使流動發(fā)生變化升力 178
參考文獻(xiàn) 180