**章 分析力学基础
物体运动与相互作用之间的关系是牛顿力学研究的主要内容。在本书的基本内容部分中,我们通过牛顿第二定律把这种关系用矢量的形式表示出来,并在此基础上建立了质点系动力学的普遍定理(动量定理、动量矩定理和动能定理),这种处理动力学问题的方法和体系称之为“矢量力学”。矢量力学方法具有数学形式简单和物理概念清晰等特点,在研究质点和简单刚体系统动力学问题方面取得了辉煌的成就,但在求解具有复杂约束系统和变形体的动力学问题方面则遇到了很大困难。这是因为在矢量力学方法中需要事先对系统中各质点的受力情况进行分析,而对于复杂约束系统,由于约束力的性质和分布在求解前是未知的,使得求解过程变得极为复杂,也无法建立一般力学系统的动力学方程。
针对矢量力学所遇到的困难,采用分析数学的方法来求解力学问题的理论在18世纪得到了迅速的发展,形成了“分析力学”的理论体系。分析力学采用能量与功来描述物体运动与相互作用之间的关系,通过达朗贝尔原理和虚位移原理建立了普遍形式下的动力学方程,为现代动力学理论的发展奠定了基础,也对近代数学和物理学的发展起了巨大的推动作用。
§1—1 自由度和广义坐标
确定一个自由质点在空间中的位置需要3个独立参数,我们说自由质点在空间中有3个自由度,当质点的运动受到约束限制时,自由度的数目还要减少。……