力学概论(翻译版·原书第2版)

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丹尼尔·克莱普纳 著,刘树新 译
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出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111564997
版次:2
商品编码:12288229
品牌:机工出版
包装:平装
丛书名: “十三五”国家重点出版物出版规划项目 世界名校名家基础教育系列
开本:16开
出版时间:2018-01-01
用纸:胶版纸
页数:541

具体描述

编辑推荐

适读人群 :物理学、应用物理学相关专业大一本科生

本书对每个知识点的介绍都深入浅出, 对难点的处理更是一唱三叹, 曲尽其意。与国内教材相比, 本书更重视物理学家解决实际问题的方法, 并贯穿全书, 这是本书的一大特色。本书所选题材从实际应用到物理学前沿, 非常广泛。全书对问题难度的把握也很到位, 开始时比较容易, 学生很快可以上手, 到后面则很难, 颇具挑战性。本书对纯教学性的问题也能灵活变通, 别具新意。

内容简介

全书包括矢量、牛顿定律、力和运动方程、动量、能量、角动量、刚体、非线性系统、圆周运动、谐振子、狭义相对论等。本书英文版为MIT等世界高校的教材,本中译本可作为国内物理、应用物理等专业本科生的教材或教学参考书。

目录

目录前言
致教师
例题列表
1 矢量与运动学 1
 1. 1 简介 2
 1. 2 矢量 2
 1. 3 矢量代数 3
 1. 4 矢量乘法 4
 1. 5 矢量的分量 8
 1. 6 基矢量 11
 1. 7 位置矢量r 和位移 12
 1. 8 速度和加速度 14
 1. 9 运动方程的形式解 18
 1. 10 再论矢量对时间的导数 22
 1. 11 平面极坐标中的运动 26
 注释1. 1 近似法 36
 注释1. 2 泰勒级数 37
 注释1. 3 一些常见函数的级数展开 38
 注释1. 4 微分 39
 注释1. 5 有效数字与实验不确定度 41
 习题 41
2 牛顿定律 47
 2. 1 简介 48
 2. 2 牛顿力学与近代物理 48
 2. 3 牛顿定律 49
 2. 4 牛顿第一定律与惯性系统 51
 2. 5 牛顿第二定律 51
 2. 6 牛顿第三定律 55
 2. 7 基本单位和物理标准 59
 2. 8 量纲代数 63
 2. 9 牛顿定律的应用 64
 2. 10 采用极坐标的动力学 72
 习题 77
3 力和运动方程 81
 3. 1 简介 82
 3. 2 物理的基本力 82
 3. 3 引力 83
 3. 4 一些唯象力 89
 3. 5 漫谈微分方程 95
 3. 6 黏性力 98
 3. 7 胡克定律与简谐运动 102
 注释3. 1 球壳的引力 107
 习题 110
4 动量 115
 4. 1 简介 116
 4. 2 质点系动力学 116
 4. 3 质心 119
 4. 4 质心坐标系 124
 4. 5 动量守恒 130
 4. 6 动量关系再述和冲量 131
 4. 7 动量和质量流 136
 4. 8 火箭运动 138
 4. 9 动量流与力 143
 4. 10 动量通量 145
 注释4. 1 二维与三维物体的质心 151
 习题 155
5 能量 161
 5. 1 简介 162
 5. 2 积分一维运动方程 162
 5. 3 功与能量 166
 5. 4 机械能守恒 179
 5. 5 势能 182
 5. 6 势能可以告诉我们的力 185
 5. 7 能量图 185
 5. 8 非保守力 187
 5. 9 能量守恒与理想气体定律 189
 5. 10 守恒定律 192
 5. 11 全球能量的使用 194
 注释5. 1 摆周期的修正 199
 注释5. 2 力、势能和矢量算符Δ 200
 习题 205
6 动力学专题 211
目  录Ⅶ
 6. 1 简介 212
 6. 2 束缚系统的小振动 212
 6. 3 稳定性 217
 6. 4 简正模 219
 6. 5 碰撞与守恒律 225
 习题 233
7 角动量和定轴转动 239
 7. 1 简介 240
 7. 2 质点的角动量 241
 7. 3 定轴转动 245
 7. 4 力矩 250
 7. 5 力矩和角动量 252
 7. 6 定轴转动的动力学 260
 7. 7 摆动和定轴转动 262
 7. 8 含有平动和转动的运动 267
 7. 9 动能定理与转动 273
 7. 10 玻尔原子 277
 注释7. 1 沙勒定理 280
 注释7. 2 定轴转动的动力学小结 282
 习题 282
8 刚体运动 291
 8. 1 简介 292
 8. 2 角速度和角动量的矢量性质 292
 8. 3 回转仪 300
 8. 4 刚体运动示例 304
 8. 5 角动量守恒 310
 8. 6 刚体转动与惯量张量 312
 8. 7 刚体动力学专题 320
 注释8. 1 有限与无限小转动 329
 注释8. 2 再论回转仪 331
 习题 337
9 非惯性系和惯性力 341
 9. 1 简介 342
 9. 2 伽利略变换 342
 9. 3 匀加速系 344
 9. 4 等效原理 347
 9. 5 转动坐标系中的物理 356
 注释9. 1 等效原理与引力红移 368
Ⅷ 目  录
 习题 370
10 有心力运动 373
 10. 1 简介 374
 10. 2 作为单体问题的有心力运动 374
 10. 3 有心力运动的普遍特征 376
 10. 4 能量方程与能量图 379
 10. 5 行星运动 386
 10. 6 关于行星运动的一些结论 402
 注释10. 1 轨道积分的计算 403
 注释10. 2 椭圆的性质 405
 习题 407
11 谐振子 411
 11. 1 简介 412
 11. 2 简谐运动: 回顾 412
 11. 3 阻尼谐振子 414
 11. 4 受迫谐振子 421
 11. 5 暂态行为 425
 11. 6 时间响应与频率响应 427
 注释11. 1 复数 430
 注释11. 2 求解阻尼谐振子的运动方程 431
 注释11. 3 求解受迫谐振子的运动方程 434
 习题 435
12 狭义相对论 439
 12. 1 简介 440
 12. 2 牛顿物理可能的缺陷 440
 12. 3 迈克耳孙.莫雷实验 442
 12. 4 狭义相对论 445

前言/序言

这本《力学概论》源于麻省理工学院针对希望更深入了解前言物理的大一新生而开设的一学期课程———物理8.. 012。在本书面世后的四十多年中, 物理在许多方面都飞速发展, 但力学依然是惯性、动量和能量这些概念的基础; 作为本书的主旋律———物理学家解决问题的娴熟技巧还是那么宝贵。有些已在工作岗位上大显身手的学生、MIT 的教员以及其他人的好评使作者确信, 本书的方法是非常奏效的。我们还收到同事的很多建议, 借此机会在教材中整合了他们的想法, 并更新了一些讨论。
我们假定读者熟悉关于多项式和三角函数的微积分知识,但不必熟悉微分方程。我们觉得大多数学生的难处不在于理解数学概念, 而在于如何将它们应用于物理问题。这只能来自练习, 解决难题没有捷径可走。因此, 解题放在了优先位置。我们提供了大量例题用来指导学生。所选例题尽可能与有趣的物理现象相关, 但也不避讳纯教学的问题。物块滑下斜面是一个刻板的典型问题, 但是若让斜面加速, 系统就会别具新意。
第1 版的习题曾经激励、指导、并偶尔“挫败” 了几代物理学家。勇于解决这些问题的学生在他们以后的科学生涯中赢得了自信。第1 版的大多数问题在第2 版中保留了下来,并增加了一些新问题。我们始终推崇皮特·海因的格言:
值得挑战的问题, 攻坚克难中显价值。
除了这一鼓励, 我们再给学生几个实用的建议: 问题是用纸和笔来做的。一般会得到一个表达式: 需要时最后会有数值。只有查看表达式才能确定答案是否合理。图非常有用。
某些问题给出了提示和答案。但书中没有解题过程, 避免大家在思考问题时抵挡不住诱惑, 没有付出最大努力就看解答。
小组讨论对所有人都有指导性。
第1 版后物理学的两个革命性进展值得一提。一是1970年发现了, 更准确地说是再发现了混沌, 而此后陆续出现的混沌理论成了动力学的一个活跃分支。由于在有限的篇幅里不能说清楚混沌, 本书没有包含它。另外, 只论证开普勒定律的惊人准确性也是不全面的, 实际上太阳系也是混沌的,尽管时间尺度太大不便于观测, 所以我们适当地介绍了混沌的存在性。二是计算机。计算物理是一个很成熟的分支, 一定程度上的计算机技术也是物理学家的必备工具。然而, 我们还是没有包含这类计算问题, 因为它们对理解本书的概念不是必需的, 且相当耗时。
第2 版的小结: 第1 章是矢量和运动学的数学准备。矢量表示在本书及整个物理学中都很普遍, 所以我们解释得很详细。平动用熟悉的笛卡儿坐标来描述很自然。转动同样重要, 但用来描述它的坐标几乎是完全陌生的, 因此我们特别强化了运动的极坐标描述。从第2 章开始, 我们引入惯性系这一重要概念来介绍牛顿定律。牛顿定律的介绍分为两部分,第一部分(第2 章) 讨论原理, 第二部分(第3 章) 致力于介绍这些原理的各种应用。第4 章介绍动量、动量通量和动量守恒的概念。第5 章介绍动能、势能和能量守恒的概念,其中包含热和其他形式的能量。第6 章将前面的知识应用于力学中有趣的现象: 小振动、稳定性、耦合振子和简正模,以及碰撞。第7 章则推广到转动, 介绍定轴转动, 紧接着在第8 章介绍了刚体运动更一般的情形。第9 章回到惯性系的主题, 着重强调如何理解非惯性系中的观测。第10 章和11章分别介绍物理学中有广泛兴趣的两个题目: 有心力运动和阻尼与受迫谐振子。第12 ~ 14 章介绍非牛顿物理: 狭义相对论。
我们当初开设物理8.. 012 课程时, MIT 的学期比现在长,所以如今课上时间通常不可能包含本书所有材料。第1~9 章是本书的核心。第9~14 章依教师的兴趣而定。
我们感谢多年来MIT 的同事们对本书的贡献。他们是R..Aggarwal, G..B..Benedek, A..Burgasser, S..Burles, D..Chakrabarty,L.. Dreher, T.. J.. Greytak, H.. T.. Imai, H.. J.. Kendall ( 已故),W..Ketterle, S..Mochrie, D..E..Pritchard, P..Rebusco, S..W..Stahler,J.. W.. Whitaker, F.. A.. Wilczek 和M.. Zwierlein。我们还要特别感谢P.. Dourmashkin 的帮助。
丹尼尔·克莱普纳罗伯特·科连科


《力学概论:概念、原理与应用》 这本《力学概论》是一本旨在为读者系统性地构建对经典力学宏大图景的深刻理解而编写的入门读物。全书秉持严谨的科学态度,以清晰的逻辑脉络,将力学这一物理学最基础、最重要的分支之一,从其核心概念、基本原理,逐步深入到广泛的应用领域,为不同背景的读者提供一座坚实的知识桥梁。 第一部分:静力学——力的平衡与结构分析 本部分将从静力学这一最直观的力学分支开始,深入探讨物体在静止状态下所遵循的规律。我们将首先引入“力”这一核心概念,详细阐述其性质、表示方法以及力的合成与分解的原理。读者将学习到如何通过向量运算来准确描述和分析多个力共同作用于物体的情形。 接着,我们将重点讲解“力矩”的概念,这是理解物体能否发生转动运动的关键。通过对力矩的分析,我们将掌握判断物体是否处于力矩平衡状态的方法,并进而学习到如何应用“力的平衡条件”和“力矩的平衡条件”来解决一系列静力学问题。 本部分还将深入探讨“重心”的概念,理解其物理意义以及如何计算不同形状物体的重心。这对于分析物体的稳定性和平衡至关重要。 在理论铺垫之后,我们将聚焦于静力学的实际应用。读者将学习到如何利用静力学原理来分析简单机械,如杠杆、滑轮、斜面等,理解它们是如何通过改变力的方向或大小来省力或省时。同时,本部分还将触及结构力学的初步概念,例如桁架、梁等结构的受力分析,为理解桥梁、建筑物等宏大工程的稳定性打下基础。通过大量的实例分析,读者将能够将抽象的力学原理与身边所见的工程结构联系起来,体会力学在工程领域的强大生命力。 第二部分:运动学——描述物体的运动 在理解了静止物体的受力情况后,我们将进入运动学,开始关注物体本身的运动状态。本部分的核心任务是“描述”运动,而不涉及引起运动的原因。我们将从最基本的概念入手,如“位置”、“位移”、“速度”和“加速度”。 位置与位移: 我们将学习如何使用坐标系来精确描述物体的位置,并理解位移作为描述物体位置变化量的矢量性质。 速度: 读者将学习区分“瞬时速度”和“平均速度”,理解速度是描述物体运动快慢和方向的重要物理量,并掌握如何通过位移与时间的关系来计算速度。 加速度: 作为速度变化率的度量,加速度的重要性不言而喻。我们将深入探讨匀速直线运动、匀变速直线运动等基本运动形式,并通过数学公式和图象来直观地展示和分析这些运动。 本部分还将特别关注“曲线运动”的描述。我们将学习如何分解运动,例如将二维平面内的曲线运动分解为两个相互垂直方向上的直线运动,然后分别分析它们的运动规律。例如,抛体运动将是本部分一个重要的经典案例,我们将通过运动的分解来准确预测抛射体的运动轨迹和落地时间。 此外,我们还将引入“圆周运动”的描述。读者将学习到“角位置”、“角速度”、“角加速度”等描述圆周运动的物理量,并理解线速度与角速度之间的关系。向心加速度作为维持物体做圆周运动的关键,也将被详细阐述。 本部分旨在培养读者准确描述和分析各种运动状态的能力,为后续理解运动产生的原因——动力学奠定坚实基础。 第三部分:动力学——探究运动的原因 如果说运动学是“怎么动”,那么动力学就是“为什么动”。本部分将是整本书的重中之重,我们将深入探讨产生运动的根本原因——力。 牛顿运动定律: 毫无疑问,牛顿运动定律是经典动力学的基石。我们将逐一深入解析牛顿第一定律(惯性定律)、牛顿第二定律(F=ma)和牛顿第三定律(作用力与反作用力)。 牛顿第一定律: 解释了物体保持静止或匀速直线运动状态的惯性本质,引出“惯性质量”的概念。 牛顿第二定律: 是动力学的核心方程,我们将通过大量的算例来展示如何利用它来计算物体在力的作用下的加速度,或者在已知运动情况下来推断所受的合外力。我们将强调合外力的概念,并分析各种常见力,如重力、弹力、摩擦力、张力等的性质和应用。 牛顿第三定律: 阐述了力的相互性,即任何一个力都必然伴随着一个大小相等、方向相反的反作用力。这将帮助我们理解力的传递和相互作用。 功、能与功率: 在理解了力的作用后,我们将进一步引入“功”和“能”的概念。 功: 将严格定义力和位移的乘积(在特定方向上的投影),并分析恒力和变力做功的区别。 动能: 引入描述物体因运动而具有的能量,并推导出“动能定理”,即合外力做的功等于物体动能的变化量。 势能: 介绍与物体位置或状态相关的能量,如重力势能和弹性势能。 机械能守恒定律: 在只有保守力做功的情况下,我们将推导出机械能守恒这一重要的物理规律,并分析其在各种实际问题中的应用。 功率: 作为做功快慢的度量,功率的概念将被清晰阐述,帮助读者理解能量转换的效率。 动量与冲量: 除了能量的观点,我们还可以从“动量”的角度来分析运动。 动量: 定义为质量与速度的乘积,是描述物体运动状态的另一个重要物理量。 冲量: 定义为力与作用时间的乘积,我们将推导出“动量定理”,即冲量等于物体动量的变化量。 动量守恒定律: 在没有外力或外力合力为零的系统中,我们将推导出动量守恒这一极其重要的物理规律,并探讨其在碰撞、爆炸等问题中的应用。 第四部分:旋转运动的动力学 在前面部分,我们已经学习了如何描述和分析直线运动。本部分将进一步将动力学的思想推广到旋转运动。 转动惯量: 类似于直线运动中的质量,转动惯量是物体抵抗转动惯性大小的度量。我们将学习不同形状和质量分布的物体如何具有不同的转动惯量,并理解它与物体的质量分布和转轴位置的关系。 力矩与角加速度: 类比于力和线加速度的关系,我们将引入“力矩”的概念(再次提及,但在此部分更侧重于产生转动的效果),并推导出“转动定律”,即力矩等于转动惯量与角加速度的乘积。 角动量守恒: 类似动量守恒,我们将介绍“角动量”的概念,并推导出在合外力矩为零时,系统的总角动量守恒。我们将通过有趣的例子,如花样滑冰运动员的旋转速度变化,来生动展示角动量守恒的威力。 第五部分:振动与波——周期性运动的探索 周期性运动在自然界和工程领域无处不在。本部分将带读者探索两种重要的周期性现象:振动和波。 简谐运动: 作为最基本、最普遍的振动形式,简谐运动(SHM)将被详细介绍。我们将深入理解回复力与位移成正比的条件,并学习描述简谐运动的关键参数,如振幅、周期、频率和相位。我们将通过弹簧振子和单摆等典型模型来具体分析简谐运动的特点,并介绍其在时域和频域的数学表示。 阻尼振动与受迫振动: 我们将进一步探讨实际情况中的振动,包括由于能量损耗而衰减的阻尼振动,以及外部周期性力作用下的受迫振动。我们将重点关注“共振”现象,理解当驱动频率接近物体的固有频率时,振幅会急剧增大的原因及其潜在的破坏性或有用性。 机械波: 在掌握了振动的基本原理后,我们将自然而然地过渡到“波”的概念。我们将区分横波和纵波,并学习描述波的关键参数,如波长、频率、周期、波速和振幅。我们将探讨波的叠加原理,并简单介绍干涉和衍射等重要的波动现象。 第六部分:引力——万物间的相互作用 引力是宇宙中最普遍、最基本的力量之一。本部分将从牛顿万有引力定律出发,深入探索引力的本质和影响。 牛顿万有引力定律: 我们将学习万有引力定律的数学表达式,理解引力的大小与两个物体质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。我们将通过计算行星的轨道运动、地球的重力等实例,来体会万有引力定律的普适性。 引力在天体运动中的应用: 我们将利用牛顿运动定律和万有引力定律来解释行星绕太阳的运动,以及月球绕地球的运动。我们将简要介绍开普勒行星运动定律,并展示如何从牛顿的理论中推导出这些定律。 结语 《力学概论》力求以循序渐进的方式,引导读者从最基础的力学概念出发,逐步深入到复杂的动力学分析和周期性运动的研究。书中不仅注重理论的严谨性,更强调原理在实际问题中的应用,通过大量的实例和启发式的问题,激发读者的学习兴趣和独立思考能力。希望本书能够成为读者在探索物理世界奥秘过程中的得力助手,为他们进一步学习更高级的物理学分支打下坚实的基础。

用户评价

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我最近一直在寻找一本能够系统梳理我物理学知识的教材,特别是力学部分,感觉自己在这方面的基础有些薄弱,很多零散的知识点总是连接不起来。偶然间听说了这本《力学概论》(翻译版·原书第2版),而且评价普遍都很高,说它是力学入门的经典之作。拿到书后,我第一眼就被它那种严谨而又富有条理的排版所吸引。感觉内容逻辑性非常强,从基础概念的引入,到深入的理论推导,再到具体的应用分析,层层递进,让人能够循序渐进地理解。我当时就觉得,这本书的编写者一定是花费了大量的心血,才能将如此庞大的力学体系梳理得如此清晰。虽然我还没有深入阅读,但仅仅是浏览目录和章节标题,我就能感受到其中蕴含的知识的广度和深度。我比较看重教材的实用性,希望它不仅仅是停留在理论层面,还能结合一些实际的物理现象或者工程问题进行讲解,这样学习起来会更有针对性,也更容易激发我的兴趣。从目前的初步印象来看,这本书似乎能够满足我的这一期待。

评分

这本《力学概论》的翻译版本,我拿到手时,最先吸引我的就是它厚实而又精致的装帧,给我一种“分量十足”的感觉。封面设计简洁大气,一看就知道是经典著作。我平时对物理学,尤其是力学,一直抱有一种既敬畏又好奇的态度。知道有这么一本被很多人推荐的“原书第2版”的翻译版,就迫不及待地想一睹为快。翻开书页,纸张的触感很舒服,油墨的颜色也很正,印刷质量绝对没得说,这让我对接下来的阅读充满了期待。我当时就想,无论内容有多么艰深,光是这本书的制作水平,就已经值回票价了。而且,翻译版的出版,无疑是让更多非英语母语的读者能够接触到原汁原味的学术思想,这本身就是一件功德无量的事情。我尤其看重这种能够跨越语言障碍的学术成果,感觉就像是打开了一扇通往知识殿堂的新大门。我还在犹豫是否要立刻开始啃这本书,毕竟力学的一些概念对我来说,还是有点挑战的。但那种对知识的渴望,以及对经典教材的敬意,驱使着我,让我觉得,这一定是一段非常有意义的阅读旅程的开始。

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我之前在网上看到有人强烈推荐这本《力学概论》(翻译版·原书第2版),说它是学习力学的“必读书目”。当时就对它产生了浓厚的兴趣。虽然我目前还不是一名专业的物理系学生,但我对物理学,特别是力学,一直有着浓厚的兴趣。我希望能够通过一本权威的教材,建立起一个扎实的力学知识体系。拿到这本翻译版后,我翻阅了几页,发现它的语言风格非常清晰流畅,并没有因为是翻译作品而显得生硬或晦涩。这让我对接下来的阅读充满了信心。我非常看重教材的逻辑性和严谨性,希望它能够从最基础的概念讲起,一步步深入,直到掌握复杂的理论。我也希望这本书中能够包含一些经典的力学问题及其解答,这样我就可以通过练习来巩固所学的知识。总而言之,我对这本书的初步印象非常好,感觉它是一本非常有价值的读物。

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说实话,我之所以关注这本《力学概论》(翻译版·原书第2版),更多的是因为它的“原书第2版”这个标签。我一直认为,经典的教材之所以能够成为经典,很大程度上是因为它们经过了时间的检验和一代又一代读者的反馈。原版更新到第二版,说明其内容一定经过了不断的完善和优化,理论的深度和广度也肯定得到了极大的提升。而翻译版的出现,更是解决了语言上的障碍,让我们可以直接接触到作者的原意和思想。我个人对物理学的学习,总有一种“不求甚解,但求通透”的理念。我希望通过阅读这本教材,能够真正地理解力学背后的基本原理,而不是死记硬背公式。我非常期待书中能够有足够详细的推导过程,以及清晰的图示和例子,来帮助我理解那些抽象的概念。我一直认为,好的教材能够引导读者进行独立的思考,而不是简单地灌输知识。

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对于《力学概论》(翻译版·原书第2版)这本教材,我的期待主要集中在它的理论深度和教学方法的创新上。我了解到这本书的原版在学术界享有很高的声誉,尤其是在第二版中,作者很可能对内容进行了更新和扩展,加入了新的研究成果或者以更现代的方式阐述了力学原理。我比较喜欢那种能够引导读者思考“为什么”的书,而不是仅仅告诉“是什么”。如果这本书能够提供一些深刻的洞见,或者通过巧妙的设计来激发读者对力学的探索欲,那将是极大的惊喜。我尤其希望它能在某些复杂的力学概念上,提供不同于我之前接触过的教材的视角,也许是一些新的类比,或者更直观的解释方式。我一直认为,优秀的教材不仅能传授知识,更能塑造思维。希望这本《力学概论》能够带给我这样的体验。

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