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出版者:Springer Verlag

作者:Scheck, Florian

出品人:

页数:738

译者:

出版时间:

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9783540256458

丛书系列:

图书标签:

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宏观世界的奇迹：经典力学导论 作者： 佚名 出版社： 启明学林出版社 页数： 780页 装帧： 精装 定价： 人民币 188.00 元 --- 内容简介 《宏观世界的奇迹：经典力学导论》是一部旨在全面、深入探讨牛顿力学体系及其在宏观世界应用的基础性教材与专著。本书系统地梳理了自伽利略、牛顿以来，人类对物体运动规律的认识演变历程，并着重于建立和阐释牛顿三大定律、万有引力定律等核心概念的严密数学框架。全书内容翔实，逻辑清晰，力求使读者在掌握基本原理的同时，能够深刻理解经典力学作为描述日常经验现象的强大工具的精髓所在。 本书结构分为六大部分，共二十章，内容覆盖了从运动学的基本描述到复杂的拉格朗日和哈密顿力学的初步介绍，确保了对经典物理学的全景式把握。 第一部分：运动学的基石 (Foundations of Kinematics) 本部分着重于精确描述物体的位置、速度和加速度，不依赖于产生这些运动的力。我们从一维运动开始，详尽讨论了位移、速率和瞬时速度的概念，并引入了微积分工具来处理连续变化的过程。随后，内容扩展到二维和三维空间中的向量描述。 第1章：时空与参考系： 探讨了伽利略相对性原理的初步含义，介绍了惯性参考系的概念，并详细阐述了笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系在描述宏观运动中的适用性及相互转换的几何关系。 第2章：匀变速运动与自由落体： 集中分析了在恒定加速度（如重力加速度）影响下的运动规律，通过大量的实际物理情境（如抛体运动）来巩固匀变速直线运动和匀变速曲线运动的方程组应用。 第3章：曲线运动的几何与代数描述： 深入探讨了瞬时速度和加速度的矢量性质，特别是法向加速度和切向加速度的分量分析，为后续的动力学分析奠定严格的数学基础。 第二部分：牛顿力学与动力学核心 (Newtonian Mechanics and Dynamics) 这是全书的核心，系统地介绍了牛顿运动定律，这是整个宏观力学体系的支柱。我们强调了力作为矢量与物体运动状态改变的内在联系。 第4章：质量、惯性与牛顿第一定律： 详细区分了质量的两种体现——惯性质量和引力质量（尽管在经典力学中它们是等价的），并严肃探讨了惯性系的选择对于定律成立的根本意义。 第5章：力与牛顿第二定律（$mathbf{F}=mmathbf{a}$）： 深入剖析了合力的概念，并对力的不同类型（如弹力、摩擦力、张力）进行了详尽的分类和数学建模。通过一系列典型的二维受力分析问题（如斜面上的物体），训练读者建立精确的受力图和运动方程。 第6章：牛顿第三定律与相互作用： 阐明了第三定律的“相互性”原则，并讨论了动量守恒定律是如何从第三定律中自然推导出来的。重点分析了系统内、外部力的作用机制。 第7章：功、能与动能定理： 引入了功的概念，将其定义为力在位移方向上的积累效应。通过对恒力和变力做功的积分计算，推导出动能定理，揭示了力做功与物体动能变化之间的定量关系。 第三部分：守恒定律与势能 (Conservation Laws and Potential Energy) 本部分将重点放在物理学中最优雅、最有力的工具之一——能量守恒原理上，并将其推广到势能的概念。 第8章：保守力与势能： 明确区分保守力（如重力、弹簧力）和非保守力（如摩擦力）。定义了重力势能和弹性势能的数学表达式，并讨论了势能函数的梯度性质。 第9章：机械能守恒定律： 阐述了在只有保守力做功的情况下，系统的总机械能（动能加势能）保持不变的条件。本书提供了大量关于机械能守恒在碰撞、弹跳和保守约束系统中的应用实例。 第10章：动量守恒与质心运动： 详细推导了动量守恒定律的适用条件（合外力为零），并讨论了质心运动的独立性。这为分析复杂系统（如火箭推进、多体散射问题）提供了高效的视角。 第11章：角动量与转动守恒： 引入了力矩的概念，并将其与角动量的变化率联系起来（$mathbf{ au} = dmathbf{L}/dt$）。系统分析了对轴转动和平面对称转动，以及角动量在封闭系统中的守恒性（如花样滑冰）。 第四部分：万有引力与天体力学 (Gravitation and Celestial Mechanics) 本部分将理论应用于宇宙尺度的宏观现象，深入探讨了牛顿万有引力定律的细节及其对行星运动的解释。 第12章：万有引力定律与引力场： 详细分析了引力定律的平方反比关系，并引入了引力场强度（重力加速度的场论描述）。书中包括了计算不规则质量分布（如均匀细杆、球壳）引力场的实例。 第13章：开普勒定律与轨道动力学： 基于牛顿力学和微积分，严格推导出开普勒三大定律，并详细分析了行星绕太阳运行的椭圆轨道、双星系统的运动等。 第14章：引力势能与逃逸速度： 计算了引力系统中的势能，并导出了逃逸速度的概念，探讨了引力束缚系统的能量性质。 第五部分：振动与波 (Oscillations and Waves in Macroscopic Systems) 本部分关注物体在恢复力作用下的周期性运动，这是宏观世界中普遍存在的现象。 第15章：简谐振动（SHM）： 深入研究了由线性恢复力（如弹簧振子）引起的简谐运动。详尽分析了振幅、周期、相位角，并使用解析解（正弦/余弦函数）和相平面分析法来描述其动态特性。 第16章：阻尼振动与受迫振动： 引入了粘滞阻尼力的模型，分析了阻尼振动如何衰减，并重点讨论了驱动力与系统固有频率接近时发生的共振现象及其在工程中的重要性。 第17章：耦合振子系统： 简要介绍了两个或多个相互关联的振子系统，引出了“正常模式”的概念，这是理解复杂宏观振动的基础。 第六部分：从牛顿到分析力学（Analytic Mechanics Introduction） 最后一部分将引导读者从牛顿的力-加速度形式的微分方程，过渡到更抽象、更强大的能量形式的力学描述，为深入研究理论物理打下基础。 第18章：约束与广义坐标： 讨论了各种约束（如光滑约束、几何约束）对系统自由度的影响，并引入了描述系统状态的广义坐标。 第19章：虚功原理与达朗贝尔原理： 基于变分原理的思想，阐述了虚功原理，并推导出更具普适性的达朗贝尔原理，该原理是分析复杂约束系统动力学的关键桥梁。 第20章：拉格朗日力学概述： 首次引入拉格朗日量 $L = T - V$ 的概念，并陈述了欧拉-拉格朗日方程。通过简单的算例展示了拉格朗日力学在处理约束问题时的简洁性和优越性。 本书特色： 1. 严格的数学推导： 全书所有结论均基于微积分和线性代数工具，确保物理图像与数学描述的高度统一。 2. 丰富的例题与习题： 每章后附有不同难度级别的习题，其中部分习题提供了详细的解题步骤，旨在培养读者的解题能力和物理直觉。 3. 应用导向： 紧密结合工程、天文学和实验物理中的真实案例，展示经典力学的适用边界和强大威力。 《宏观世界的奇迹》是物理学、机械工程、航空航天以及相关理工科专业学生和研究人员案头必备的经典参考书，它为理解物质世界的基础运动规律提供了坚实、无可替代的理论框架。

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