看不見的力是怎樣存在于我們的生活當中的?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,講述內容包括力學的基礎知識、物體的運動、力與運動、功與能量、動量與沖量。
本書適合對力學知識有興趣的讀者閱讀,可作為力學入門課本。
本書運用大量的漫畫圖解方式,講述了與人們生活相關的力學知識,內容包括:力學基礎知識、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知識。
本書作為力學的入門級讀物,特別注重讓讀者能夠讀懂和領會全篇內容,同時采用了通俗易懂的插圖,也便于讀者理解。
力學涉及各種領域。本書主要闡述了從小學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知識,當然也都將在牛頓力學或經典力學的范圍內進行討論。
力學與我們的生活有著緊密的聯系。但是實際上,在學校的課程中,學習力學的時間是有限的,我想應該會有一些人因力學難以理解,而只留下力學很難學習的印象。我之所以采用現在這樣的結構和內容,是因為正好遇到了一位小學四年級的小女孩。
她說:因為假期的研究課題是浮力,我正在進行這方面的調查,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。
這位小女孩的調查非常詳細,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論,就解答清楚了。但現在對象是小學生,我必須用小學生可以理解的語言進行說明,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,我盡量避開嚴謹的定義闡述和較長的計算公式,采用即使是不擅長力學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容有個大致的了解。
在第2章之后,依據內容的需要,還是會出現一些計算公式,這是為了清楚描述力學規(guī)律,而無法避免會用到的最基礎的公式和計算例題。盡管,對我來說,用進行微分積分后進行求導等專業(yè)術語進行講解更為方便,但針對這一部分公式,我也會盡量不從數學角度去解說、推導,而是用算術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公式,因為無論如何都沒有辦法用其他說明替代。因此,我認為三角函數就是讓大多數人感到力學很難學的第一個挫敗點。為此,我在書中只選擇了能夠運用少量三角函數知識就能解決的力學問題進行講解。
即使是力學中最重要的矢量,書中也沒有使用這樣的符號來表示,而是在不需要嚴謹劃線描繪的地方,在沒有大矛盾的前提下,以圖解的方法表示出來。
對于力學相關的術語,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象,如自行車或貨物的搬運等,都將其簡化為力學模型進行講解,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)作有趣插圖和認真進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,天津商業(yè)大學機械與包裝工程系,系主任、教授,李連進、男、工學博士、教授、日本留學回國人員,現擔任天津商業(yè)大學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。
具有東北大學機械與自動化學院、機械電子部軍工研究所、佳能株式會社研究所等單位的設計和制造經驗,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,獲得天津市科學技術進步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。
現在主要從事包裝機械的設計制造工作,同時組織包裝企業(yè)技術人員的培訓工作。
機械與包裝工程系在2010年被中國包裝聯合會評為包裝教育先進單位。
第1章 力學的基礎知識 1
1-1 力學表明力與運動的關系 2
1-2 力改變物體的形狀和運動狀態(tài) 4
1-3 慣性和質量是表示物體運動狀態(tài)的性質 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生的現象 14
1-8 簡化物體的運動質點與坐標系 16
1-9 速率和速度是不同的物理量標量與矢量 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 我們日常生活中的力學實驗 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 通過例題學習勻速直線運動 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三角函數的基礎 64
2-16 投球達到最遠的角度是仰角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、質量和加速度的關系牛頓第二定律 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 電梯中力之間的關系慣性力和運動方程式 88
3-10 電梯與其內物體的力的關系區(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 使物體進行圓周運動的力向心力 102
3-17 身體感覺得到的旋轉力離心力 104
3-18 使物體旋轉力矩 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 體驗功的定義力學上的功 118
4-2 在廚房進行的實驗力和功 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 功與能量的關系 126
4-6 經典力學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系數 160
5-5 落體的反彈高度自由落體的恢復系數 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 172
5-11 水管內的水和噴氣發(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 180