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出版者:中国电力出版社

作者:中国建筑设计研究院机电院

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2005-5

价格:58.0

装帧:平装

isbn号码:9787508333014

丛书系列:

图书标签:

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经典力学：从牛顿到相对论的理论基石 图书名称：经典力学：从牛顿到相对论的理论基石 图书简介 本书旨在为读者构建一个全面而深入的经典力学知识体系，内容涵盖了从十七世纪牛顿力学体系的建立，到十九世纪理论力学（拉格朗日与哈密顿力学）的精炼与推广，直至二十世纪初爱因斯坦狭义相对论的突破性发展。本书不仅侧重于数学工具的严谨推导和物理概念的深刻阐释，更注重历史脉络的梳理，展现经典力学如何在人类认识自然的过程中扮演的基石性角色。 全书共分为六个主要部分，系统地组织了从基础概念到高级理论的逻辑结构。 第一部分：牛顿力学的确立与应用 本部分聚焦于经典力学诞生的历史背景和核心框架。我们将详细回顾伽利略在运动学和实验方法论上的先驱性工作，这为牛顿的综合奠定了基础。 1.1 运动学基础与参考系 从最基本的位移、速度和加速度概念出发，探讨一维和三维空间中的运动描述。重点讨论惯性参考系的选择及其在处理宏观运动中的关键作用。惯性系的选择是建立牛顿定律的前提，本书将用详实的例子说明非惯性系中引入的虚拟力（如科里奥利力和离心力）如何帮助我们描述相对运动。 1.2 牛顿运动定律的阐述 系统地分析牛顿第一、第二和第三定律。第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 作为核心，将被细致剖析，强调动量（而非仅是加速度）才是更普适的量度。第三定律在理解系统相互作用和动量守恒中的地位将被提升到与前两条定律同等重要的位置。 1.3 功、能与守恒律 在此基础上，引入功和动能的概念，推导出变力做功的计算方法。通过势能的引入，构建保守力场中的能量守恒原理。这将是后续所有力学分支的出发点。动量守恒、角动量守恒和能量守恒三大守恒定律将被视为牛顿力学的内在精神体现，并辅以大量的实际问题（如碰撞、行星运动）进行检验。 1.4 万有引力与天体力学 重点分析牛顿万有引力定律，并将其应用于行星运动问题。开普勒定律的导出是本章的高潮，它展示了理论物理如何成功预测和解释复杂的自然现象。同时，也将讨论引力场中的势能概念及其在构造引力模型中的应用。 第二部分：刚体动力学与振动系统 本部分将研究具有内部结构和形状的物体，并转向描述自然界中普遍存在的周期性运动。 2.1 刚体运动学与欧拉角 刚体的运动需要引入转动和平动两个自由度。本书将详细解释刚体的运动描述，特别是利用欧拉角来描述刚体相对于固定坐标系的任意姿态。刚体的位置和方向由六个独立的参数描述，这为后续的拉格朗日力学在复杂系统中的应用埋下了伏笔。 2.2 刚体动力学：转动惯量与角动量 详细推导刚体的转动定律 $mathbf{M} = frac{dmathbf{L}}{dt}$，并引入转动惯量张量。张量的概念在这里是不可或缺的，它揭示了刚体惯性在不同方向上的差异性，这远比一维的质量概念复杂。通过张量对角化，可以找到主轴，简化运动分析。 2.3 简谐振动与受迫振动 系统分析一维和三维简谐振子。着重探讨欠阻尼、过阻尼和临界阻尼情况下的响应。更进一步，深入研究受迫振动，推导并分析共振现象的物理机制和数学条件，这在机械工程和电磁学中具有极高的实用价值。 第三部分：理论力学的升华——变分原理与分析力学 本部分标志着经典力学从以力为中心的描述向以能量和路径为中心的更抽象、更统一的数学描述的飞跃。 3.1 变分原理的数学基础 介绍变分法的基本概念，包括泛函、变分和欧拉-拉格朗日方程的推导。读者将理解为什么自然界倾向于遵循“最少作用量”的路径。 3.2 拉格朗日力学 基于动能 $T$ 和势能 $V$，构建拉格朗日量 $L = T - V$。利用拉格朗日方程来处理约束系统，避免了对约束力的显式求解。本书将通过对约束系统（如单摆、双摆、滚珠在曲面上的运动）的分析，展示拉格朗日力学在处理复杂约束时的巨大优势。 3.3 哈密顿力学 从拉格朗日量到哈密顿量 $H$ 的勒让德变换，引入相空间的概念。详细阐述哈密顿正则方程，这是理解统计力学和量子力学相变的关键步骤。 3.4 泊松括号与守恒量 引入泊松括号，展示其与哈密顿力学的深刻联系。如果一个物理量与哈密顿量在泊松括号下的乘积为零，则该量是守恒的。这为寻找复杂系统中的守恒律提供了一种系统性的代数方法。 第四部分：连续介质力学基础 经典力学范畴的拓展必然涉及连续介质（流体与弹性体）的描述。 4.1 流体力学的基本方程 在拉格朗日和欧拉描述的基础上，推导流体的基本方程：连续性方程、牛顿运动定律（纳维-斯托克斯方程的前身）和能量方程。 4.2 理想流体与伯努利定理 分析不可压缩、无粘性流体的运动，导出著名的伯努利方程，并讨论其在升力产生等方面的应用。 4.3 粘性流体与边界条件 引入粘性力的概念，探讨流体内部的摩擦效应。简单介绍牛顿流体的本构方程，并讨论层流与湍流的初步概念。 第五部分：经典力学的极限与突破——狭义相对论导论 经典力学在高速运动或强引力场下失效，本书将介绍经典力学走向现代物理的桥梁——狭义相对论。 5.1 经典电动力学与以太的失败 回顾麦克斯韦方程组的协变性问题，以及迈克尔逊-莫雷实验对“以太”概念的否定。 5.2 狭义相对论的基本公设 基于光速不变原理和相对性原理，系统推导洛伦兹变换。洛伦兹变换将取代伽利略变换，成为高速运动下时空转换的正确工具。 5.3 时空的新概念与相对论动力学 深入探讨时间膨胀、长度收缩的物理图像。引入相对论动量和能量的概念，推导著名的质能关系 $E=mc^2$。本书将强调，相对论动量 $mathbf{p} = gamma mmathbf{v}$ 实际上是牛顿动量在低速极限下的近似，从而实现了牛顿力学在相对论框架下的自洽嵌入。 第六部分：经典理论的几何化与展望 本部分将对全书内容进行总结和提升，展示经典力学的深层数学结构，并展望其在广义相对论中的继承。 6.1 泊松括号与量子化 再次回到哈密顿力学，展示泊松括号的代数结构与量子力学中对易子之间的关系有着惊人的相似性，这是从经典到量子的关键一步。 6.2 进阶：辛几何与可积系统 对哈密顿系统的相空间结构进行更抽象的几何描述，介绍辛几何在现代物理中的重要性。 总结 本书力求在保证严谨性的前提下，提供清晰的物理图像。它不仅是学习经典力学原理的教材，更是一部展现人类理性如何从观察现象到构建完美数学模型的思想史著作。读者在读完本书后，将不仅掌握解决经典力学问题的能力，更能深刻理解经典物理学的逻辑边界，为进一步探索量子力学和广义相对论打下坚实的基础。本书适合大学物理系本科生、工程技术领域对基础理论有深入需求的专业人士，以及所有对物理学发展史和深刻数学结构感兴趣的读者。

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这本书的章节编排顺序堪称一绝，显示了作者极强的系统思维能力。它不是简单地将各技术模块堆砌在一起，而是遵循了一个从基础理论到应用实践，再到未来展望的完整学习路径。开篇的电气基础回顾虽然扎实，但很快就巧妙地过渡到了现代建筑中的能效管理核心，构建起一个整体的框架。随后，各个子系统（如UPS、照明、防雷等）的讲解，都紧密围绕着如何服务于这个核心框架展开，相互之间有着清晰的内在逻辑联系，避免了知识点的孤立化。尤其赞赏的是，在讲解完一套完整的系统设计流程后，作者还附带了一个完整的项目实施阶段的质量控制要点总结，这部分内容非常“接地气”，直接面对了工程实施中最容易出错的环节。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的闭环结构，让整本书的知识体系非常坚固和完整，让人感到学到的不仅仅是技术，更是一套完整的设计方法论。

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我特别欣赏这本书在系统集成和数字化转型方面的探讨深度。在当前的建筑行业背景下，单一的电气设计已经远远不够，如何将照明控制、暖通空调、安防监控等系统进行高效的、基于数据流的整合，是衡量一个项目是否“智能”的关键。这本书并没有停留在传统强弱电分离的视角，而是花了大篇幅去讲解如何构建一个统一的物联网平台来承载这些异构数据。其中关于数据清洗、边缘计算在楼宇环境中的应用场景分析，给我的触动非常大。它不仅描述了“做什么”，更深入地探讨了“为什么这么做”以及“如何有效实施”，这种思维层面的引导，比单纯的技术手册更有价值。读完相关章节后，我开始重新审视手头上正在进行的项目，思考如何运用这些先进的集成理念去优化现有的架构，极大地拓宽了我的设计思路和技术视野。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面采用了深邃的蓝色调，配上简洁的银色字体，给人一种科技感和专业感并存的视觉冲击。我拿起书时，能明显感受到纸张的质感非常厚实，印刷清晰锐利，细节处理得很到位。尤其值得一提的是，书中大量的图表和示意图，线条流畅，配色专业，即使是对于初学者来说，也能非常直观地理解复杂的系统构成。比如，在讲解楼宇自动化控制系统（BAS）的拓扑结构时，作者并没有堆砌晦涩难懂的专业术语，而是通过精心绘制的层次结构图，将中央服务器、区域控制器以及末端执行器的关系梳理得井井有条，让人一眼就能把握全局。这种对视觉呈现的重视，极大地提升了阅读的舒适度和学习的效率，比起那些只有密密麻麻文字的传统教材，这本书无疑是走在了前沿，真正做到了“技术也要有美感”。我个人非常欣赏这种将技术深度与阅读体验完美结合的用心良苦。

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坦白说，这本书的内容深度远超我预期的“精选”二字所暗示的范畴。我原以为它会更侧重于基础知识的罗列，但深入阅读后发现，它在关键技术点的剖析上极为深入和独到。例如，在谈到消防报警系统的集成与联动时，作者不仅详细阐述了不同协议（如BACnet和Modbus）间的通讯机制，还穿插了数个真实案例中遇到的兼容性难题及解决方案，这部分内容对于已经在行业内工作一段时间的工程师来说，简直就是一份“避坑指南”。书中的论述逻辑性极强，从宏观的建筑能耗管理策略，逐步细化到具体的电气设备选型和参数计算，每一步推导都有详实的理论依据支撑，丝毫没有敷衍了事的感觉。读完关于新能源接入和储能系统的章节后，我对未来智能建筑如何实现真正的能源自给自足有了更清晰的蓝图，这部分前瞻性的分析尤其令人印象深刻，显示出作者对行业未来趋势有着深刻的洞察力。

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这本书的语言风格非常务实，完全没有学究气，读起来有一种与资深行业专家面对面交流的感觉。作者似乎深谙读者在学习过程中可能产生的困惑点，并总能在最关键的地方给出最精准的注解。举个例子，在介绍低压配电系统的保护配置时，涉及到瞬时动作的判断标准，这是一个非常容易混淆的概念，作者使用了生动的比喻，将复杂的保护曲线拟人化，一下子就让原本枯燥的保护原理变得生动易懂。再者，书中对最新国家标准和行业规范的引用非常及时和准确，这对于我们这些需要经常对照规范进行设计的专业人士来说，无疑是巨大的加分项，省去了我们大量翻阅和比对标准文件的时间。这种既保持学术严谨性又不失通俗易懂的叙事方式，使得这本书不仅适合作为高校的参考用书，更可以成为一线设计人员案头必备的工具书，实用价值非常高。

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