viii
3.7 Differential Equation for Trajectory of a Particle Under a Central Force . . . . 41
3.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4
Work and Energy of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2 Work of a Force and Potential Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3 Potential Energy and Strain Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.4 Kinetic Energy of a Particle and Principle of Work and Energy . . . . . . . . . . . 50
4.5 Principle of Conservation of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.6 Power and Mechanical Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5
Impulse, Momentum, and Impact of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.2 Principle of Impulse and Momentum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.3 Impulsive Motion and Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.3.1 Direct Central Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.3.2 Oblique Central Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.3 Constrained Oblique Central Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.4 Consideration of Energy and Momentum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6
Systems of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.2 Newton’s Laws of Motion for Systems of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3 Linear and Angular Momentum of a System of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . 88
6.4 Motion of Mass Center of a System of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6.5 Angular Momentum of a System of Particles About its Mass Center . . . . . . . 91
6.6 Conservation of Momentum for a System of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.7 Work Energy Principle for a System of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.8 Conservation of Energy for a System of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.9 Principle of Impulse and Momentum for a System of Particles . . . . . . . . . . . . 95
6.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104