二版序
本書可作為大專動力學課程的教科書,也可供工程技術人員參考。雖然目前市面上有關動力學的書籍已不少,但大多譯自英文,或因內容太多且繁雜,或因解說與例題太少,既不便教學也不易自己進修,於是我們編寫了這本書。
動力學包括運動學(kinematics)和運動力學(kinetics)兩部分,而運動卻可用不同的方法來描述。座標系不同,速度與加速度公式也就自然不同。這一點常令初學者眼花撩亂,苦於記憶公式。本書一開始就說明什麼是運動學概念的明確論述:速度與加速度分別是位置向量對時間的一階及二階導數。由此提出了向量在不同座標系中的求導法則:固定在動座標系(或剛體上)的向量對時間的導數,等於動座標系(或剛體)的角速度與該向量之叉積。只要掌握了這一法則,速度和加速度公式便可隨手寫出,不必背那些表面看來十分複雜的公式。這一求導法則的重要意義還在於它將求導運算轉換成了乘法運算。這在普遍使用電腦的今天,對編寫程式是很有用的。因此,我們將這一思想應用於整本書上。
古典力學是以牛頓三大定律為基礎的,一切動力學原理都可由牛頓三大定律推導出來。由此,我們轉到了熟悉的公式F? ma,式中 ma代表「有效力」,等號則表示外力和有效力的等效。剛體則是一個特殊的質點系,同樣可獲得類似的等效關係,從而建立動力學方程,以及從這些方程中得到有用的信息。
從牛頓三大定律出發,經由演繹還可導出若干動力學基本原理。我們始終強調基本概念的闡述,邏輯結構的推展,並利用例題講述問題的歸類,解題的思路和步驟,使讀者感到有章可循,有法可依,而不至有無從下手的感覺。除了課文的例題外,每章末都附有結語、思考題及習題以幫助讀者複習和掌握重點,深入理解基本概念,提高解題技巧。
在第二版中編者將向量符號改成正粗體,以便和美國書籍表示法一致。為了 增進學習的效果,我們特別將動力學的重要觀念利用電腦軟體 Flash 製成動畫,並應用動力分析專業軟體模擬一些動力學例題。在模擬過程中,除了顯示物體運動外,也描述一些物體運動過程中的位移、速度、加速度、動能等運動量變化的情形。我們將此多媒體教材置於網站(網址請見書中序言),歡迎前往參閱。
編者特別感謝黃啟彰先生精彩的繪圖,邱紹瑋、葉柔君等同學協助製作生動的動畫。最後要感謝內人魯澤玲、馬澤鳳及家人的支持,及許多同學的協助,本書才得以順利完成。雖然編者已盡了最大努力,並經多次校正,但疏漏瑕疵之處在所難免,懇請讀者惠賜指正,以便再版時更正。
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張超群、劉成群 謹識
於 南台科技大學機械工程系、克萊斯勒汽車公司