動力學 : 從電影到工程力學

簡介

動力學是一門包含運動學和運動力學之基礎工程力學。廣泛應用在土木、機械、機電、航空、太空、生醫、輪機、
營建、海洋、船舶、水利、運動科技等工程領域，並為當代先進技術，如機器人、電動車、無人機、綠色能源等產業發展必備的能力。

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目次

目錄
緒論
致謝
1 動力學簡介
時空傳奇：動力學專家智慧的抉擇 1
1.1 範疇 2
1.2 假設條件 3
1.3 單位 4
1.4 基本向量與三角函數運算 7
1.5 成為動力學專家 9
習題 13
本章重點整理 16
動力補充站：單位革命 17

質點動力學
2 質點運動學
大衛傳奇：小石子飛越空間的威力 19
2.1 直角座標 20
2.2 極座標 27
2.3 法線與切線座標 38
2.4 圓柱座標 42
2.5 球座標 45
2.6 相對運動 47
2.6.1 靜止或平移觀察者
2.6.2 轉動中的觀察者
2.6.3 觀察者與被觀察者在同一個轉動物體上平移運動
習題
本章重點整理
動力補充站：「小石子與大巨人」的生命探索
3 質點運動力學
星戰傳奇：原力喚醒質點運動 65
3.1 運動方程式 66
3.1.1 直線運動 – 1D 66
3.1.2 平面曲線運動 – 2D 71
3.1.3 三維空間運動 – 3D 78
3.2 功與能原理 84
3.3 線衝量與動量原理 94
3.3.1 線衝量與線動量 96
3.3.2 線動量守恆定律 96
3.4 衝擊運動 97
3.4.1 對心衝擊 98
3.4.2 斜衝擊 101
3.5 角衝量與動量原理 111
習題 118
本章重點整理 123
動力補充站：精密工程 127
4 質點系統運動力學
摩西傳奇：探索質點系統中的奧秘 129
4.1 牛頓第二運動定律 130
4.2 功與能原理 131
4.3 衝量與動量原理 133
4.3.1 線衝量與線動量 133
4.3.2 角衝量與角動量 134
4.3.3 運動方程式 137
4.4 可變質點系統 149
4.4.1 穩定質量流 149
4.4.2 可變質量流 153
習題 156
本章重點整理 161
動力補充站：蜂群無人機 163

5 看電影動力學—質點動力篇
動力學場景介紹 165
5.1 《水行俠》 166
5.2 《雷霆戰狗》（I） 169
5.3 《阿凡達》 171
5.4 《福爾摩桑》（I） 174
5.5 《納尼亞傳奇：獅王‧女巫‧衣櫥》（I） 177
5.6 《北極特快車》（I） 180

剛體動力學
6 剛體平面運動學
納尼亞傳奇：平面運動的奇幻國度 183
6.1 剛體的定義 184
6.2 以接頭相連/無滑動面的剛體運動 184
6.2.1 平移運動 184
6.2.2 繞固定軸的旋轉運動 185
6.2.3 絕對運動 193
6.2.4 瞬時旋轉中心 201
6.3 具滑動連結的剛體運動 205
6.3.1 絕對運動 205
6.3.2 相對運動 209
習題 216
本章重點整理 221
動力補充站：《納尼亞傳奇》的啟示—談工程師的真善美 223

7剛體平面運動力學
魔戒傳奇：運動力學的意外旅程 225
7.1 運動方程式 226
7.1.1 剛體的平移運動 227
7.1.2 剛體的旋轉運動 227
7.2 剛體的功與能原理 243
7.3 剛體的動量與衝量原理 252
7.3.1 線動量與線衝量 252
7.3.2 角衝量與角動量 253
7.4 雙剛體的偏心衝擊 260
習題 274
本章重點整理 280
動力補充站：電動車與電學之父法拉第 283
8 三維剛體運動力學
陀螺傳奇：剛體玩具運動的總動員 285
8.1 三維剛體運動學 286
8.1.1 平移運動 286
8.1.2 對固定點旋轉運動 287
8.1.3 絕對運動：以接頭相連/無滑動面的
剛體運動 290
8.1.4 絕對運動：具滑動連結的剛體運動 294
8.2 三維剛體運動力學 298
8.2.1 角動量 298
8.2.2 動能 304
8.2.3 運動方程式 308
8.3 迴轉（陀螺）運動 319
8.3.1 迴轉運動動力學 321
8.3.2 穩定進動 322
8.3.3 零力矩運動 323
習題 327
本章重點整理 332
動力補充站：仿蒲公英的飛行器 335

9 看電影學動力—剛體動力篇
動力學場僅介紹 337
9.1 《雷霆戰狗》（II） 338
9.2 《星際大戰：原力覺醒》 342
9.3 《玩具總動員》 348
9.4 《福爾摩桑》（II） 355
9.5 《北極特快車》（II） 359
9.6 《白日夢冒險王》 361
9.7 《納尼亞傳奇：獅王‧女巫‧衣櫥》（II）370
9.8 《魔戒三部曲：王者再臨》 375
9.9 《出埃及記：天地王者》 381

10 振動學
振動傳奇：發現搖滾音樂的振動學 391
10.1 從音樂談振動 392
10.1.1 弦的振動 393
10.1.2 板殼振動 394
10.1.3 薄膜振動 395
10.2 質點系統的自然振動 398
10.2.1 無阻尼自由振動 398
10.2.2 有阻尼自由振動 404
10.3 質點系統的強迫振動 410
10.3.1 簡諧激振 410
10.3.2 地基振動 412
10.3.3 無阻尼強迫振動 414
10.4 剛體的振動 419
習題 423
本章重點整理 428
動力補充站：要有光 429
附錄
A. 國際公制單位定義 431 B. 質量慣性矩與質心位置 431
C. 主要單位定義與換算 432 D. 習題簡答 433