根據(jù)世界高等教育與歷次產(chǎn)業(yè)革命互動(dòng)的規(guī)律，面向未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)和新要求，在總結(jié)科學(xué)范式、技術(shù)范式、工程范式經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，需要探索建立新工科范式。以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為指引，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)同與共享為主要途徑，深入開展新工科研究與實(shí)踐，推動(dòng)思想創(chuàng)新、機(jī)制創(chuàng)新、模式創(chuàng)新，探索實(shí)施工程教育人才培養(yǎng)的新模式，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的工程教育新質(zhì)量，建立完善中國(guó)特色工程教育的新體系，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)從工程教育大國(guó)走向工程教育強(qiáng)國(guó)，這是我國(guó)高校加快改造傳統(tǒng)工科、建設(shè)和發(fā)展新工科的要求。理論力學(xué)是機(jī)械、能源、動(dòng)力、交通、土木、航空航天、力學(xué)等專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，一些從這些傳統(tǒng)工科專業(yè)中孕育出來(lái)的新工科專業(yè)仍必須學(xué)習(xí)該課程。對(duì)繼承與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是新工科的靈魂。新的力學(xué)原理大多是在繼承先前力學(xué)原理基礎(chǔ)上創(chuàng)新出現(xiàn)的。為了簡(jiǎn)化復(fù)雜問(wèn)題的分析而出現(xiàn)的新的力學(xué)原理非常明顯地體現(xiàn)了繼承與創(chuàng)新的特征，該課程正是在繼承與創(chuàng)新中建立了力學(xué)理論的科學(xué)范式，適合學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。歷次產(chǎn)業(yè)革命表明，工程改變世界。面對(duì)復(fù)雜多樣的工程問(wèn)題，研究有規(guī)律的工程范式可有效提高生產(chǎn)效率。理論力學(xué)是研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律性的學(xué)科，研究力學(xué)問(wèn)題規(guī)律性的分析方法，必然蘊(yùn)含著研究復(fù)雜工程問(wèn)題的規(guī)律性分析方法，適合培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的工程范式能力。該課程所介紹的力學(xué)原理，都是由人類杰出的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)立的，在學(xué)習(xí)力學(xué)原理過(guò)程中所涉及的哲學(xué)思想和科學(xué)家的研究經(jīng)歷，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行人文教育的一個(gè)良好載體。力學(xué)是工程學(xué)重要的基礎(chǔ)學(xué)科，理論力學(xué)又是工程類專業(yè)學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)先了解的基礎(chǔ)課程�；�于上述特點(diǎn)，該課程一方面可解決實(shí)際問(wèn)題，并為后續(xù)專業(yè)課程打基礎(chǔ)。另一方面，有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理世界客觀規(guī)律內(nèi)在聯(lián)系的洞察力，從而為研究新的問(wèn)題、提出創(chuàng)新性思想和理論打下基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)新形勢(shì)下所要求的科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的人才培養(yǎng)目標(biāo)。本書是根據(jù)國(guó)家力學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)提出的工科理論力學(xué)教學(xué)大綱并結(jié)合新工科所要求的科學(xué)基礎(chǔ)厚、工程能力強(qiáng)等人才培養(yǎng)目標(biāo)而編寫的。在體系上，仍然采用了靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大模塊的傳統(tǒng)格局，實(shí)踐證明，采用這種體系來(lái)編寫理論力學(xué)教材和進(jìn)行課堂教學(xué)是科學(xué)的、有效的。理論力學(xué)既強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論（如通過(guò)引入公理和以此為基礎(chǔ)開展數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立力學(xué)理論），又強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用（即如何應(yīng)用力學(xué)理論對(duì)各種各樣的工程問(wèn)題進(jìn)行分析計(jì)算和設(shè)計(jì)）。由于理論力學(xué)教材不僅僅面向力學(xué)專業(yè)學(xué)生，更多的是面向工程類專業(yè)的學(xué)生和讀者，故本書加強(qiáng)了對(duì)典型問(wèn)題規(guī)律性分析方法的研究和對(duì)工程問(wèn)題的工程范式分析方法的介紹。針對(duì)工程類學(xué)生和讀者的知識(shí)結(jié)構(gòu)及后續(xù)專業(yè)課對(duì)該課程的主干知識(shí)的需求特點(diǎn)，本教材在前面12章除了介紹空間靜力學(xué)外，重點(diǎn)介紹平面（靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)）理論。根據(jù)平面問(wèn)題的特點(diǎn)，介紹易于理解的理論體系和分析方法，側(cè)重于幫助讀者理解力學(xué)原理的物理意義和如何應(yīng)用力學(xué)理論解決各自領(lǐng)域面臨的工程問(wèn)題。專題部分針對(duì)空間運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，運(yùn)用解析幾何的矢量運(yùn)算來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)表征和公式推導(dǎo)。對(duì)數(shù)理基礎(chǔ)要求較高的力學(xué)等多學(xué)時(shí)專業(yè)的學(xué)生，在掌握前面12章的平面問(wèn)題的力學(xué)原理和分析方法基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注空間運(yùn)動(dòng)與平面運(yùn)動(dòng)的不同之處，再開始學(xué)習(xí)專題。這樣的內(nèi)容安排符合由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律。此外，在許多理論力學(xué)教材中，有關(guān)于機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)和平衡穩(wěn)定性的內(nèi)容，本書沒(méi)有編入這些內(nèi)容，主要原因是考慮到目前理論力學(xué)課程的教學(xué)課時(shí)較少，沒(méi)有時(shí)間講授這方面的內(nèi)容，而需要學(xué)習(xí)這方面知識(shí)的專業(yè)又有專門的振動(dòng)理論課程。相比于其他同類教材，本書主要特點(diǎn)如下。（1） 理論與分析方法并重。該課程的典型力學(xué)問(wèn)題的多種分析方法中蘊(yùn)含著深刻而豐富的哲學(xué)思想和科學(xué)的研究方法，本書增加了對(duì)典型問(wèn)題的多種分析方法的比較和剖析，有助于讀者深刻了解各力學(xué)原理的內(nèi)在聯(lián)系及其優(yōu)缺點(diǎn)，掌握理論力學(xué)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力和脈絡(luò)，培養(yǎng)獨(dú)立思考和創(chuàng)新思維能力。讀者在大學(xué)物理中已學(xué)過(guò)的部分力學(xué)知識(shí)注重力學(xué)原理本身,較少研究如何應(yīng)用這些原理分析復(fù)雜的工程問(wèn)題。物理系的理論力學(xué),主要是分析力學(xué),包括拉格朗日力學(xué)和哈密頓力學(xué)以及一些專題內(nèi)容。物理系的理論力學(xué)為學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)打下了基礎(chǔ)。本書更多的是面向機(jī)械、船舶、航空航天等工程類專業(yè)的學(xué)生，而工程類專業(yè)的理論力學(xué)不僅注重力學(xué)體系,還要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用力學(xué)原理分析工程中所面臨的各種復(fù)雜問(wèn)題的能力，因此也注重追求高效、有規(guī)律的工程范式的分析方法，提高學(xué)生分析工程問(wèn)題的能力。理論力學(xué)在不斷克服現(xiàn)有力學(xué)分析方法在分析某些典型力學(xué)問(wèn)題時(shí)存在的不足，追求新的分析方法，是在否定之否定中建立起來(lái)的。對(duì)于理論力學(xué)，揭示力學(xué)原理在分析問(wèn)題的缺點(diǎn)時(shí)，典型例題是新工科所期望的培養(yǎng)繼承與創(chuàng)新能力的一個(gè)很好的載體。理論力學(xué)發(fā)展到分析力學(xué)的目標(biāo)就是建立范式的統(tǒng)一分析方法，本書就是以對(duì)典型例題的多種分析方法的研究為主線，圍繞該主線展開并逐步深入來(lái)安排學(xué)習(xí)內(nèi)容的，主要采用啟發(fā)式編寫方式。即介紹新的力學(xué)理論之前，先給出典型例題，使讀者發(fā)現(xiàn)目前所學(xué)理論在分析該問(wèn)題時(shí)的不足，然后再對(duì)典型問(wèn)題的多種解法進(jìn)行比較和剖析，啟發(fā)式地引入新的理論，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和自主探索的能力。比如，在介紹動(dòng)力學(xué)多種力學(xué)原理時(shí)，針對(duì)同一道例題，先介紹利用動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理的分析方法；然后，啟發(fā)讀者發(fā)現(xiàn)其需要引入剛體間作用力而導(dǎo)致計(jì)算量大的缺點(diǎn)，再針對(duì)同一例題啟發(fā)讀者借助數(shù)學(xué)點(diǎn)積思想來(lái)避免引入與速度方向垂直的法向力，從而引入功率方程的分析方法來(lái)克服動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理的缺點(diǎn)；接著對(duì)該題稍做改動(dòng)，將功率方程只能求單自由度系統(tǒng)中做功力的缺點(diǎn)通過(guò)例題暴露出來(lái)，啟發(fā)讀者思考哲學(xué)上動(dòng)、靜相互轉(zhuǎn)化的思想，為克服其不足而引入動(dòng)靜法；再對(duì)該例題稍做改動(dòng)，揭示動(dòng)靜法仍無(wú)法完全克服不引入任何不待求未知力的不足，啟發(fā)學(xué)生再次反思動(dòng)、靜相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)原理，通過(guò)功率方程求解靜力學(xué)問(wèn)題而引入虛功原理；之后通過(guò)例題揭示虛功原理的優(yōu)缺點(diǎn)，再次啟發(fā)讀者反思動(dòng)、靜相互統(tǒng)一的哲學(xué)原理，引導(dǎo)讀者將虛功原理和動(dòng)靜法結(jié)合統(tǒng)一起來(lái)而發(fā)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)普遍方程,從而實(shí)現(xiàn)完全不引入任何不待求未知力；后針對(duì)動(dòng)力學(xué)普遍方程需要補(bǔ)充復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)加速度關(guān)系方程，啟發(fā)讀者用所學(xué)的線性代數(shù)中的基坐標(biāo)思想，發(fā)現(xiàn)不需補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)學(xué)加速度關(guān)系的拉格朗日方程。如此步步深入來(lái)介紹動(dòng)力學(xué)理論。此外，本書所介紹的力學(xué)原理對(duì)人類文明進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的影響，是科學(xué)巨匠的創(chuàng)新能力的展現(xiàn)和結(jié)晶，一些偉大的哲學(xué)思想也與該課程的力學(xué)原理息息相關(guān)。該課程典型問(wèn)題的多種分析方法中蘊(yùn)含著深刻而豐富的哲學(xué)思想和科學(xué)的研究方法，故本書加強(qiáng)了對(duì)分析方法的研究，盡量揭示其所蘊(yùn)含的哲學(xué)原理和辯證的分析方法，使讀者能以例題為載體，深刻體會(huì)科學(xué)巨匠如何取得突破，同時(shí)在潛移默化的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)科學(xué)的世界觀和方法論，提高人文素養(yǎng)，提高創(chuàng)新思維能力。本書理論與分析方法并重，但相對(duì)于其他傳統(tǒng)理論力學(xué)教材，本書加強(qiáng)了分析方法上的介紹。（2） 偏重于介紹同一性的求解方法，加強(qiáng)工程范式能力的培養(yǎng)。本課程基于數(shù)學(xué)演繹（主要是對(duì)時(shí)間求導(dǎo)）得到簡(jiǎn)單的定理和公式，其目的就是針對(duì)各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以直接應(yīng)用這些結(jié)論，避免每次進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的分析時(shí)又重復(fù)煩瑣、復(fù)雜的數(shù)學(xué)演繹。對(duì)于工程類專業(yè)的讀者，在掌握定理的同時(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)針對(duì)各種各樣的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)用合適的定理的分析能力。與大多數(shù)課程不同，本課程一個(gè)顯著特點(diǎn)是分析方法靈活多樣，一道題一般都有多種解法。雖然可以條條大路通羅馬，但因?yàn)榭蛇x擇的途徑太多，分析時(shí)有時(shí)像進(jìn)入了迷宮，繞來(lái)繞去，不知下一步路如何走，甚至回到同一點(diǎn)。更困難的是對(duì)于復(fù)雜題目，往往需要列出多個(gè)聯(lián)立方程才能求解。但同時(shí)應(yīng)用多個(gè)定理解題時(shí)，容易列出相關(guān)的方程，而它們的相關(guān)性有時(shí)很難看出來(lái)，未列出該列的方程，或列的方程數(shù)目過(guò)多，使解題困難。一些讀者感到理論力學(xué)比較靈活，難以掌握。比如用功率方程和動(dòng)靜法列出的方程表面上不同，有時(shí)本質(zhì)上是相關(guān)的，一些讀者會(huì)感到困惑，因?yàn)橛行┙炭茣�上并未直接說(shuō)明功率方程可由動(dòng)靜法推導(dǎo)得到，功率方程本質(zhì)上也是一個(gè)力/力矩方程。鑒于此，對(duì)于主要關(guān)注應(yīng)用力學(xué)原理解決工程問(wèn)題的工程類專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，面對(duì)各種各樣的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，其追求分析方法的同一性的愿望，可能更為強(qiáng)烈。本書以典型例題為載體，在一題多解的剖析中，偏重引導(dǎo)讀者追求同一性的求解方法。理論力學(xué)所研究的客觀物理世界具備多樣性和同一性，為追求解題方法的同一性提供了可能。此外，從理論力學(xué)發(fā)展到分析力學(xué)，其目標(biāo)就是建立范式的統(tǒng)一分析方法，本書也偏重于介紹同一性的求解方法，故在每一章，通過(guò)對(duì)典型例題的不同方法的剖析，引導(dǎo)讀者歸納總結(jié)出一般規(guī)律性的分析方法。（3） 動(dòng)力學(xué)是學(xué)習(xí)理論力學(xué)的難點(diǎn)，相對(duì)于其他理論力學(xué)教材，本書在分析復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題之前，首先引入自由度的概念，然后基于自由度對(duì)眾多分析方法間的內(nèi)在聯(lián)系和差異給出了較深刻的分析，給出了基于自由度選擇合適分析方法的判據(jù)和選擇合適方法后基于自由度建立相應(yīng)方法（比如動(dòng)靜法、功率方程）的統(tǒng)一分析格式，使讀者能有規(guī)律地分析復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。（4） 增加了一些新的知識(shí)點(diǎn)。① 增加了多接觸面摩擦靜平衡問(wèn)題的數(shù)學(xué)有解性分析法；② 剛體的速度瞬心在動(dòng)力學(xué)分析中有重要的作用，因此在第7章，增加了運(yùn)動(dòng)學(xué)速度瞬心的加速度特點(diǎn)研究，并推導(dǎo)了兩個(gè)在任意連續(xù)曲面的剛體做平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸點(diǎn)加速度關(guān)系；③ 在動(dòng)力學(xué)有關(guān)章節(jié)，給出了如何才能應(yīng)用簡(jiǎn)約式動(dòng)量矩定理、功率方程和慣性力簡(jiǎn)化點(diǎn)的簡(jiǎn)單判據(jù)；④ 對(duì)于單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，增加了彈簧靜變形和重力項(xiàng)在運(yùn)動(dòng)微分方程中消失的條件的證明，為后續(xù)機(jī)械振動(dòng)等課程采用簡(jiǎn)便方法計(jì)算勢(shì)能、求固有頻率等重要問(wèn)題提供了簡(jiǎn)明判據(jù)。由于理論力學(xué)教材更多的是面向工程類專業(yè)的學(xué)生和讀者，故本書主要面向工程類中等學(xué)時(shí)的專業(yè)，遵循由淺入深的編排方式，希望讀者能從中較容易地體會(huì)到力學(xué)原理的優(yōu)美和簡(jiǎn)潔，并能輕松地掌握該課程的主干知識(shí)。對(duì)該課程要求較高的多學(xué)時(shí)專業(yè)，可參考其他相關(guān)教材或?qū)W完前12章后再閱讀專題內(nèi)容。本書編寫成員有鄭慧明、何锃、楊漢文、劉軍華、江雯、張雄、匡健、楊洪武、代胡亮、趙高煜、陳貽平、魏俊紅。本書是為了適應(yīng)新的教學(xué)安排，在何锃教授編寫的《理論力學(xué)》（第1版）基礎(chǔ)上改編的，部分習(xí)題取自華中科技大學(xué)理論力學(xué)教研室原來(lái)編寫的《理論力學(xué)習(xí)題集》，這些習(xí)題是經(jīng)過(guò)多年積累形成的。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)雷獻(xiàn)奇博士根據(jù)自己在華中科技大學(xué)學(xué)習(xí)理論力學(xué)課程及該課程對(duì)其研究工作的幫助的切身體會(huì)，審閱了全稿，并提出了很多寶貴意見。華中科技大學(xué)能源學(xué)院彭夏堯、材料學(xué)院李智宇、機(jī)械學(xué)院章狄等一些學(xué)生從自身學(xué)習(xí)該課程的角度，對(duì)本書部分例題的解題方法和難點(diǎn)闡述方面提出了很多有價(jià)值的建議。在此向他們表示衷心的感謝。還要感謝華中科技大學(xué)將本書列入百門精品課程教材建設(shè)計(jì)劃，感謝教育部專家組將本書列為普通高等教育十一五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，感謝華中科技大學(xué)出版社的領(lǐng)導(dǎo)和編輯為本書出版所付出的辛勤勞動(dòng)。由于筆者水平所限，書中缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，衷心希望讀者批評(píng)和指正，使本書不斷完善。掃右邊二維碼可下載課后習(xí)題參考答案及文字大題自動(dòng)批改軟件。華中科技大學(xué)理論力學(xué)教研室2018年3月