Electromagnetic Probes of Fundamental Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Marciano, W. (EDT)/ White, S. (EDT)

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:

价格:89

装帧:HRD

isbn号码:9789812385666

丛书系列:

图书标签:

• Electromagnetic Probes
• Fundamental Physics
• Precision Measurement
• Atomic Physics
• Nuclear Physics
• Particle Physics
• Quantum Electrodynamics
• Spectroscopy
• Experimental Physics
• High-Precision Experiments

经典力学：从牛顿到拉格朗日 本书导言 《经典力学：从牛顿到拉格朗日》旨在为读者提供一个全面而深入的经典力学框架，其核心关注点在于物质世界在宏观尺度上的运动规律。本书不涉及电磁场、量子效应或相对论等前沿物理领域，而是专注于构建一个坚实的基础，用以理解和预测物体在传统力学范畴内的行为。 本书的结构设计旨在引导读者逐步深入，从最直观的经验性描述，过渡到高度抽象和优雅的数学形式。我们将首先回顾牛顿运动定律，这是经典力学的基石，并在此基础上发展出解决复杂力学问题的工具。随后，我们将引入分析力学，即拉格朗日和哈密顿力学的视角，这些方法提供了更为强大的、与坐标系选择无关的分析工具，极大地简化了复杂系统的处理。 第一部分：牛顿力学的基础 第一章：时空与质点运动 本章奠定了我们分析的舞台。我们首先定义了空间和时间的绝对概念，这是伽利略-牛顿体系的基石。内容涵盖了描述运动所需的数学工具：位置、速度和加速度。我们详细探讨了瞬时变化率的物理意义，并引入了矢量分析在描述三维空间运动中的必要性。重点在于理解如何使用坐标系来量化运动，并分析各种简单的直线和曲线运动，如抛体运动和匀速圆周运动。 第二章：牛顿运动定律与力的概念 本章深入探讨了支配宏观物体运动的三大定律。第一定律（惯性定律）确立了惯性参考系的概念，为后续的力学分析提供了参照标准。第二定律，$mathbf{F} = mmathbf{a}$，作为动力学的核心方程，被细致地剖析。我们讨论了质量的物理含义，以及力作为物体间相互作用的定量描述。第三定律（作用与反作用定律）则确保了孤立系统内总动量的守恒。本章通过大量的实际例子（如弹簧、摩擦力、连接体的运动）来检验这些定律的应用。 第三章：守恒定律与矢量分析 在牛顿框架下，动量、角动量和能量的守恒是深刻物理原理的体现。本章侧重于这些宏观量如何在系统演化过程中保持不变。 动量守恒： 系统的总动量在没有外力作用时保持不变，这与第三定律紧密相关。我们探讨了碰撞问题，区分了完全非弹性碰撞和弹性碰撞，并计算了碰撞前后的速度变化。 功与能： 能量的概念被引入，作为系统做功的能力。我们定义了动能和势能，并阐述了功-能定理，这是连接力与速度变化的核心桥梁。对于保守力场，势能的概念被形式化，使得力的计算可以从势函数的梯度导出。 角动量与转动： 针对刚体转动，我们发展了角动量的概念，以及力矩如何影响角动量。转动惯量的计算方法，特别是平行轴定理和斯特雷特定理，被详尽介绍，这是处理复杂形状物体转动的基础。 第二部分：深入刚体与振动 第四章：刚体动力学导论 刚体被定义为内部任意两点间距离保持不变的理想化物体。本章分析了刚体运动的复杂性，它由平动和绕质心的转动叠加而成。我们研究了转动惯量的具体计算方法，并讨论了如何利用牛顿第二定律的转动形式来分析复杂的机械系统，如飞轮和滚动物体的运动。 第五章：简谐运动与阻尼振动 振动是自然界中最普遍的现象之一。本章专注于最基本的模型——简谐振子（Simple Harmonic Oscillator, SHO）。我们推导了描述无阻尼振动的微分方程，并给出了其正弦解。随后，我们将讨论实际情况中的阻尼效应，引入阻尼力，分析欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况下的系统响应，以及振幅和相位的衰减规律。 第六章：耦合振子与波的初步概念 为了衔接更复杂的系统，本章引入了由弹簧和质量块构成的耦合振子系统。通过分析两个或多个耦合振子的运动方程，我们发现了“正常模式”的概念，即系统可以独立振动的特定频率。尽管本书不深入研究连续介质中的波，但耦合振子系统为理解能量如何在离散点间传递、以及波现象的起源提供了至关重要的概念铺垫。 第三部分：分析力学：拉格朗日形式 第七章：变分原理与最小作用量 分析力学的引入标志着从基于力的描述向基于能量的描述的转变。本章从欧拉-拉格朗日方程的数学基础——变分原理开始。我们介绍了泛函的概念，并推导了泊松方程（Euler-Lagrange Equation），这是一个适用于任何坐标系的运动方程的统一表达形式。核心思想是，系统的真实运动路径是使泛函（作用量）取极值（通常是最小值）的路径。 第八章：拉格朗日方程的应用 本章将理论应用于实际问题。我们详细展示了如何构建系统的拉格朗日量 $L = T - V$（动能减去势能），并利用欧拉-拉格朗日方程导出运动方程。我们将重访之前使用牛顿定律处理过的复杂系统，例如多连杆摆、滑块在曲面上的运动，以及约束系统的处理，证明拉格朗日方法在消除约束力求解方面的优越性。 第九章：正则坐标与循环坐标 拉格朗日力学的一个巨大优势在于其对坐标选择的独立性。本章探讨了广义坐标的概念，以及由坐标变换带来的动能项的变化。特别地，我们引入了“循环坐标”的概念：如果拉格朗日量不显含某个广义坐标，那么对应的广义动量就是守恒的。这为守恒定律提供了一个更为系统的推导路径。 第十章：哈密顿力学（面向经典力学体系的收束） 在分析力学的高级阶段，我们引入了哈密顿量 $H = sum_i p_i dot{q}_i - L$，它通常等价于系统的总能量。本章将拉格朗日方程转化为一组一阶微分方程——哈密顿正则方程。这不仅为系统提供了另一种形式的运动描述，也为后续的统计力学和更抽象的理论奠定了必要的数学结构。我们讨论了相空间的几何意义，以及相轨迹的性质，完成了从直观的牛顿力学到高度抽象的分析力学的完整过渡。 结语 本书的全部内容集中于对宏观、低速世界运动规律的精确描述和预测。通过牛顿的直观概念、振动的周期性分析，以及拉格朗日/哈密顿的优雅数学框架，读者将掌握一套处理传统力学问题的完整工具箱，为进一步探索物理学的其他领域打下坚实的基础。

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