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出版者:Springer

作者:Cowan, Brian

出品人:

页数:117

译者:

出版时间:1984-5-31

价格:0

装帧:平装

isbn号码:9780710202802

丛书系列:

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• 经典力学
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《经典力学》：宇宙运行的精密蓝图 本书《经典力学》并非仅仅是一本枯燥的物理学教材，而是一次引人入胜的探索之旅，旨在揭示支配宇宙宏观世界运行的深刻而优美的基本原理。它是一份对自然界最基本法则的详尽描绘，从最微小的粒子在引力作用下的悠然摆动，到浩瀚行星系统遵循着无可辩驳的轨道运行，无不展现出经典力学的强大解释力和预测能力。本书将带领读者穿越牛顿力学的基石，深入拉格朗日和哈密顿形式的优雅数学结构，最终触及经典力学在现代科学研究中的广阔应用。 一、牛顿力学的基石：运动的语言 本书的开篇将牢固地建立在艾萨克·牛顿爵士奠定的坚实基础上。我们将从牛顿的三大运动定律入手，逐一解析其蕴含的深刻意义。 第一定律（惯性定律）： 惰性的概念，即物体保持其静止或匀速直线运动状态的内在趋势，是理解所有力学现象的起点。我们将探讨惯性质量的概念，以及如何理解它与物体运动状态改变的阻力之间的关系。这一定律不仅仅是关于“保持不变”，更是关于“抵抗改变”，它为我们理解力的作用奠定了基础。 第二定律（加速度定律）： 这一定律是经典力学中最具决定性的方程之一，即 $F = ma$。我们将深入剖析力、质量和加速度之间的量化关系。通过大量的实例，从抛体运动到弹簧振子的简谐振动，读者将学会如何应用牛顿第二定律来分析和预测物体的运动轨迹。我们将讨论不同形式的力，如重力、摩擦力、弹力以及它们的矢量性质，并强调在多体系统中如何叠加和分析。 第三定律（作用与反作用定律）： 这个看似简单的定律——“每一个作用都有一个大小相等、方向相反的反作用”——却是理解相互作用和动量守恒的关键。我们将通过各种物理场景，如两人在冰上相互推挤，火箭喷射燃料产生推力，来具体展示这一普遍规律。它揭示了宇宙中相互作用的对称性，并且是动量守恒定律的直接推论。 在掌握了牛顿三大定律之后，本书将进一步扩展到一些更复杂的力学概念： 功与能： 我们将引入功的概念，即力在位移方向上所做的量，以及动能和势能。本书将深入探讨能量守恒定律，这一物理学中最根本的定律之一，说明能量如何在不同形式之间转化，但总量保持不变。我们将研究引力势能、弹性势能等，并展示它们在解决力学问题中的强大威力。 动量与冲量： 动量，即质量与速度的乘积，是描述物体运动状态的另一个重要物理量。本书将详细讲解冲量，即动量的变化量，以及动量守恒定律在孤立系统中的普适性。我们将通过碰撞问题、爆炸问题等，来展示动量守恒定律在分析复杂动态过程中的应用。 圆周运动与简谐振动： 对于物体的非直线运动，我们将重点分析匀速圆周运动的向心力与向心加速度，以及由此引申出的周期、频率等概念。同时，简谐振动作为一种极其普遍的振动形式，将在本书中得到深入的探讨，我们将分析其运动方程，理解振幅、周期、相位等参数，并探讨其在现实世界中的各种表现，如弹簧振子、单摆等。 二、深入数学的优雅：拉格朗日与哈密顿力学 当读者对牛顿力学有了扎实的理解后，本书将带领大家进入更加抽象但更为强大的力学表述形式——拉格朗日力学和哈密顿力学。这些形式不仅在数学上更为优雅，而且在处理复杂系统时更具优势，为后来的量子力学和广义相对论奠定了数学基础。 拉格朗日方程： 我们将从作用量和最小作用量原理（最小作用量原理）出发，推导出描述系统动力学演化的拉格朗日方程。本书将重点介绍拉格朗日量（L），它是动能（T）与势能（V）之差（$L = T - V$）。通过介绍广义坐标和广义速度的概念，我们将展示拉格朗日方程如何克服牛顿力学在处理约束条件时的繁琐。例如，在分析复杂机构的运动时，拉格朗日形式能极大地简化问题。 哈密顿方程： 进一步，我们将引入哈密顿力学。本书将讲解正则动量和哈密顿量（H），它通常代表系统的总能量（$H = T + V$）。通过介绍正则变换和泊松括号等概念，我们将展示哈密顿力学在相空间中的几何描述。哈密顿力学在理解相空间流、守恒量以及推广到统计力学和量子力学方面具有不可替代的作用。我们将通过实例，如单摆在相空间中的运动轨迹，来直观感受哈密顿方法的优势。 三、经典力学的广泛应用 本书的最后部分将展示经典力学在各个科学和工程领域中的广泛而深刻的应用。 天体运动与轨道力学： 从行星绕太阳的运行，到人造卫星在地球轨道上的飞行，再到星系的形成和演化，经典力学提供了精确的描述和预测。我们将探讨开普勒行星运动定律的推导，以及如何利用牛顿万有引力定律来计算轨道参数、预测天体的位置，以及理解潮汐现象等。 连续介质力学： 经典力学不仅仅适用于质点和刚体，它也为我们理解流体（如水、空气）和固体（如金属、岩石）的运动提供了框架。本书将介绍流体动力学和弹性力学的基本概念，例如纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）的简化形式，以及应力、应变的概念，并探讨它们在航空航天、土木工程、气象预报等领域的应用。 振动与波： 机械波，如声波和水波，以及物体本身的振动，都是经典力学的重要研究对象。我们将分析简正模式、共振等现象，并探讨它们在音乐、工程减震、地震学等领域的应用。 从经典到现代的过渡： 虽然本书侧重于经典力学，但我们将提及经典力学的局限性，例如在高速运动和微观尺度上的失效，并为读者勾勒出相对论力学和量子力学的出现和发展方向。这部分内容将作为本书的升华，展示经典力学作为现代物理学基石的重要性，以及它如何引导着人类对宇宙更深层次的探索。 《经典力学》是一次智力上的冒险，它将赋予你理解和分析宏观世界运行规律的强大工具。通过对数学严谨性的追求和对物理直观性的把握，本书将帮助读者建立起对力学现象的深刻洞察，从而更好地理解我们所处的这个物质世界。无论你是初涉物理学的学生，还是寻求深化理解的专业人士，本书都将为你提供一份坚实而宝贵的知识财富。

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这本书的排版和装帧真是让人眼前一亮，那种典雅的深蓝色封皮，配上烫金的字体，拿在手里就感觉沉甸甸的，充满了知识的厚重感。内页的纸张质量也挑不出毛病，光滑细腻，油墨印刷得非常清晰，即便是那些复杂的公式和图表，也能看得一清二楚，长时间阅读眼睛也不会感到特别疲劳。我记得我刚收到它的时候，甚至舍不得马上翻开，只是反复摩挲着封面，期待着即将开启的物理学之旅。编辑部门在细节上的用心程度，从章节的划分到索引的编排，都体现出对读者体验的尊重。特别是那些历史背景的插叙，虽然不是核心理论，但它们极大地丰富了阅读体验，让人在学习严谨的力学概念之余，还能感受到科学思想的演变历程。这本书在视觉上传达出的那种经典、权威的感觉，是很多现代教材所不具备的，它仿佛是一座知识的殿堂的入口，让人肃然起敬。

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这本书的实用性和工具性是毋庸置疑的，但更让我印象深刻的是它所蕴含的哲学思辨的深度。在讨论决定论、能量守恒这些核心概念时，作者常常会穿插一些关于‘运动的本质’和‘物理实在’的思考。这已经超出了纯粹的计算范畴，触及了哲学的边界。比如，当探讨到保守系统和相空间的概念时，你会开始思考我们日常世界中的一切运动，是否都可以被这种优美的数学结构所精确描述？这种对物理学深层意义的探索，极大地拓展了我的思维边界。它不只是一本教你解题的书，更是一本引导你思考自然规律本质的书，每次翻阅，都能带来一些新的、更深刻的感悟，让人在掌握技术的同时，也获得了精神上的提升。

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与其他一些更侧重于现代应用的物理书籍相比，我发现这本书在历史脉络的梳理上做得尤为出色。它没有急于抛出那些最先进的、最抽象的理论，而是花了大量的篇幅来阐释牛顿体系是如何一步步发展和完善的，以及经典力学是如何在面对微观世界和相对论挑战时展现出其局限性的。这种“由浅入深，追根溯源”的叙述手法，让读者能够深刻体会到科学发展的艰辛和伟大。它让我明白，理解‘为什么’一个理论会产生，往往比单纯‘如何’应用它更重要。通过阅读这本书，我仿佛置身于十七、十八世纪的科学沙龙，见证了那些伟大思想的诞生过程，这让冰冷的公式变得充满了人文色彩和历史厚度。

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这本书的例题和习题设置，简直是教科书级别的典范，但同时也绝对是“魔鬼”的化身。它们的设计初衷显然不是为了让读者‘过一遍’，而是为了真正检验你对理论的掌握程度。那些基础练习题，虽然量不算特别多，但每道题都直击要害，能立刻暴露你对基本原理的理解是否有漏洞。而后面的那些挑战性题目，简直就是为那些志在深入研究的读者准备的“硬骨头”。我记得有一次为了解决其中一道关于刚体运动的变分问题，我花了整整一个周末，查阅了各种参考资料，最终才恍然大悟。这种挣扎和突破的过程，比起单纯的听讲收获要深刻得多。它教会我的不仅仅是力学知识，更是一种解决复杂、多步骤问题的系统性思维方式，这在任何科学领域都是宝贵的财富。

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作为一个自学物理的爱好者，我必须承认，这本书的叙述风格对我来说，有时候就像是在听一位极其睿智但又略显古板的教授在讲课。它的逻辑推导极其严密，每一步的过渡都像是经过了最精心的计算，几乎不留任何让读者产生歧义的余地。你不能指望它用非常口语化的方式来解释一个复杂的概念，它直接带你进入了数学和物理原理的最深处。我特别欣赏它在引入拉格朗日和哈密顿体系时所展现出的那种‘大一统’的视角，它不是简单地堆砌公式，而是真正地在展示为什么这些看似不同的力学描述方法，最终会殊途同归。当然，这种深度也意味着学习曲线相当陡峭，初次接触的读者可能会感到压力山大，需要反复研读才能真正领悟其精髓。但请相信，一旦你跨过了最初的门槛，你会发现它为你打开了一个全新的、更加宏大和优雅的物理世界观。

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