《趣味刚体动力学》评介

陈立群

（上海大学力学系，上海 200444 )

作为“大众力学丛书”的新书，刘延柱教授著述的《趣味刚体动力学》最近由高等教育出版社出版（图1）¹。将刚体动力学这门历史悠久、应用广泛的力学分支学科用生动有趣、深入浅出的语言进行阐述，它的意义正如培根所说：“知识就是力量。知识的力量不仅取决于其本身价值的大小，更取决于它是否被传播以及传播的深度与广度。”

刘延柱教授从70年代起就在《航空知识》、《舰船知识》、《科学画报》和《百科知识》等刊物上发表科普文章。尤其近年来在《力学与实践》上发表了多篇力学科普文章，笔者一直是这些文章的忠实读者。过去发表的科普文章经过系统的整理和补充构成了该书的主要内容。

全书共分3章：玩具篇、体育篇和技术篇，每章又有若干个专题。玩具篇应用刚体动力学解释了悠悠球、滚铁环、抖空竹、抽陀螺、会翻身的陀螺、会倒退的魔石、会下楼的软弹簧、竹蜻蜓与回旋镖、啄木鸟玩具、翻滚的小玩具人等各种有趣玩具的力学原理。体育篇从猫的空中转体说起，分析了旋空翻、跳跃、步行、竞走与跑步、鞍马、踢毽子、羽毛球与射箭、荡秋千与摆浪、独轮车、自行车、滑板等运动项目的力学原理。技术篇讨论了与陀螺仪和人造卫星有关的力学问题，包括：傅科摆和傅科陀螺，振动陀螺，陀螺力矩，内外环支承，挠性轴支承，静电支承，陀螺垂直仪，陀螺罗经，舒勒周期，人造卫星与洲际隧道，卫星的重力梯度稳定等专题。附录里给出了与刚体动力学有关的基础知识，包括质量几何、运动学、动量矩定理和动能。各章和附录都附有参考文献。

该书的突出特点是不仅普及力学知识，而且也讲述力学问题的研究方法。在从物理概念出发直观通俗地解释力学现象的同时，书中还以注释的形式对所研究问题作比较深入的理论分析。包括将实际问题抽象为力学模型，运用力学知识建立数学模型，然后应用数学知识进行定性或定量分析以解释现象的全部过程。当然，这部分内容也对读者的准备知识提出了较高要求。正文部分可被有中学以上文化程度的读者理解，注释部分则要求读者具有大学普通物理和高等数学的基础知识。

该书的另一个特点是反映了作者的研究成果。刚体动力学的理论和应用是作者的主要学术研究领域。书中诸如对“凯尔特魔石”、“翻身陀螺”等摩擦引起的非线性现象的分析，以及运动生物力学和陀螺力学方面的部分内容均来源于作者的研究成果²。

插图在科普读物中有着十分重要的作用，一本好的科普读物必须图文并茂。该书共有插图近130幅。值得一提的是，其中十余幅如滚铁环、抖空竹、抽陀螺、投掷回旋镖、鞍马全旋、踢毽子、荡秋千、蹬独轮车、蹬滑板等饶有趣味的插图均为作者自己绘制。

    特别需要指出的是，该书也可作为理论力学课程的课外读物和补充教材。近年来随着理论力学教学课时的减少，相当多高校的包括机械专业在内的多学时理论力学课程对刚体动力学的介绍也仅局限于刚体的平动、定轴转动和平面运动。由于生活中和工程中的一些刚体运动常具有更复杂的形式，学生很难对此做出科学解释。该书也是以科普读物的形式补充理论力学教学内容的有益尝试。事实上，科普著作也应该成为优质的教学资源。笔者相信，《趣味刚体动力学》一书的出版，不仅有助于使公众了解刚体动力学的基本内容以及在工程技术中的应用，了解力学问题的研究方法，也有助于丰富理论力学课程的教学内容。

参考文献

1 刘延柱. 趣味刚体动力学. 北京. 高等教育出版社, 2008

2 刘延柱. 刚体动力学理论与应用. 上海. 上海交通大学出版社, 2006

图1  《趣味刚体动力学》封面

选自《力学与实践》2008年第5期