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出版者:Imperial College Press

作者:Guozhong Cao

出品人:

页数:433

译者:

出版时间:2004-06-01

价格:USD 98.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781860944154

丛书系列:

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《经典力学导论》 作者： 约翰·史密斯 出版社： 科学前沿出版社 页数： 780页 装帧： 精装 出版年份： 2023年 --- 内容简介 《经典力学导论》旨在为物理学、工程学以及相关理工科领域的学生和研究人员提供一个深入且严谨的经典力学框架。本书不仅涵盖了牛顿力学的基本原理，更着重于拉格朗日力学和哈密顿力学的现代表述，使读者能够从更深层次理解系统的动力学行为。全书结构清晰，论证严密，配有大量精心设计的例题和习题，力求将抽象的数学概念与实际的物理图像有机结合。 第一部分：牛顿力学的基石与扩展 (Foundations of Newtonian Mechanics) 本书伊始，我们回归经典力学的基本假设，对惯性系、力和运动的牛顿三定律进行了详尽的阐述。 第1章：时空与参考系 讨论了绝对时空的概念及其局限性，介绍了不同的参考系（惯性系与非惯性系），并详细分析了在旋转参考系中引入的虚拟力——科里奥利力和离心力，这些力在地球物理学和大气科学中至关重要。 第2章：一维与多维运动 深入探讨了保守力场中的运动，包括简谐振动、受迫振动及其共振现象。对于多维问题，本书引入了矢量分析工具，重点讲解了角动量守恒定律，特别是在星体运动和刚体转动中的应用。 第3章：碰撞与系统动力学 本章聚焦于动量和能量的守恒，对弹性碰撞和非弹性碰撞进行了详尽的数学处理。此外，对变质量系统（如火箭运动）的动力学分析，展示了动量概念的普适性。 第4章：中心力问题 这是经典力学中一个核心且优美的部分。开普勒定律的严格推导贯穿本章。我们不仅求解了万有引力场中的轨道方程，还对平面内和三维中心力场的特点进行了分类讨论，深入剖析了有效势能的概念及其在确定轨道类型中的作用。 第二部分：变分原理与拉格朗日力学 (Variational Principles and Lagrangian Mechanics) 从牛顿定律向更抽象、更广义的力学形式过渡是理解现代物理学的关键。《经典力学导论》将大量篇幅献给拉格朗日力学，因为它提供了处理约束系统和复杂系统时无与伦比的简洁性。 第5章：约束与广义坐标 详细定义了完整约束和非完整约束，并引入了广义坐标的概念，这是从牛顿力学到解析力学的桥梁。 第6章：最小作用量原理与欧拉-拉格朗日方程 本章的核心是达朗贝尔原理和最小作用量原理（Hamilton's Principle）。我们严格推导了欧拉-拉格朗日方程，并展示了如何利用它来替代繁琐的约束力分析，直接求出系统的运动方程。 第7章：守恒量与诺特定理 本章将对称性与守恒定律紧密联系起来。通过详细阐述诺特定理（Noether's Theorem），读者将理解时间平移对称性对应能量守恒，空间平移对称性对应动量守恒，以及空间旋转对称性对应角动量守恒的深刻物理意义。 第8章：拉格朗日力学在特殊系统中的应用 涵盖了刚体运动的拉格朗日描述，特别是欧拉角和陀螺仪的分析。同时，也讨论了电磁场对带电粒子运动的影响，引入了电磁势对拉格朗日量的修正。 第三部分：哈密顿力学与相空间 (Hamiltonian Mechanics and Phase Space) 哈密顿力学是量子力学和统计力学的数学基础。本书在这一部分侧重于概念的清晰化和数学工具的介绍。 第9章：勒让德变换与哈密顿函数 介绍了如何通过勒让德变换从拉格朗日量推导出哈密顿量。重点讨论了在相空间（$mathbf{q}, mathbf{p}$ 空间）中对系统状态的描述。 第10章：哈密顿方程与泊松括号 详细推导了正则运动方程（Hamilton's Equations of Motion）。随后，引入了泊松括号（Poisson Brackets）作为描述系统演化的基本代数结构，并展示了它与量子力学中对易关系（Commutators）的对应性。 第11章：正则变换与生成函数 这一高级主题解释了相空间坐标变换的条件——辛（Symplectic）变换。通过生成函数的系统构建，读者将掌握如何选择更有利的正则坐标系来简化哈密顿方程的求解。 第12章：经典力学的稳定性分析 运用哈密顿-雅可比方程（Hamilton-Jacobi Equation），本书探讨了可积系统和非可积系统（如混沌系统）的边界。对稳定性、周期轨道和庞加莱截面进行了定性讨论，为向更前沿的动力学理论过渡做好准备。 --- 本书特色 1. 强调连续性与深度： 本书的结构设计确保了从牛顿力学到解析力学的逻辑过渡是平滑且有机的，避免了概念上的突然跳跃。 2. 数学严谨性： 对变分原理、正则变换等抽象概念的推导过程详尽无遗，同时保持了物理图像的直观性。 3. 丰富的例题与习题： 书中包含了数十个精心挑选的实例，从行星轨道到耦合振子，再到相对论效应的初步探讨（作为对经典力学极限的展望），帮助读者巩固理论。每章末的习题分为基础巩固、深入理解和高级探索三个难度层次。 4. 面向现代物理： 本书将哈密顿力学的概念延伸至泊松括号，为后续学习量子力学和经典场论打下坚实的数学和概念基础。 《经典力学导论》不仅是学生掌握经典力学知识的优秀教材，也是专业研究人员在处理复杂动力学问题时可以随时查阅的参考手册。它致力于培养读者运用对称性、守恒律和变分原理解决物理问题的能力。

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这本书的叙述节奏把握得相当老道，丝毫没有那些理工科书籍常见的枯燥感。我得说，作者在组织材料的逻辑链条上，简直是一位大师。它不是那种你得拿着计算器从头算到尾的教科书，它更像是一份精心策划的“探索地图”。举个例子，当我们讨论到自组装机制时，作者巧妙地引入了生物学中的分子识别概念，这让我立刻理解了为什么在人工合成中，精确控制结构是多么困难却又充满潜力。这种跨学科的视角，极大地拓宽了我的思维边界。读到中间部分关于特定功能材料的应用案例时，那种兴奋感是难以言喻的，仿佛真的看到了未来科技的雏形。作者在描述这些复杂的物理化学过程时，所使用的比喻和类比都恰到好处，让你在理解深层原理的同时，还能保持阅读的流畅性，仿佛在听一位睿智的导师在为你揭示世界的奥秘，而不是被一堆定义和定理所淹没。

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读完这本书，我最大的感受是获得了一种全新的“视觉”——一种能看穿物质宏观表象，直抵原子尺度的能力。它没有专注于某个单一的纳米材料，比如碳纳米管或量子点，而是建立了一个关于“纳米尺度如何影响性质”的普适性理论框架。书中对界面现象的论述尤为精彩，它将原本被认为是次要的“边界”提升到了决定材料命运的核心地位，这对我日常处理材料问题提供了极大的启发。我尤其欣赏作者那种近乎艺术家的笔触来描述材料的“形态美学”，比如螺旋状的生长路径、分形的结构边缘，这些描述远超出了单纯的科学记录，更像是一种对自然造物奇迹的赞叹。这本书没有给我提供一个即插即用的解决方案，但它提供了一个无价的思维工具箱，让我能够以一种更具洞察力和创造力的方式去审视和设计未来的先进材料。

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这本书的封面设计就给人一种深邃而又充满活力的感觉，那种深蓝与银灰的配色，配合着清晰的排版，立刻就抓住了我的注意力。我一开始就被它对于材料科学前沿的这种大胆想象所吸引。我记得我翻开第一章的时候，就被作者那种娓娓道来的叙事风格所感染，他并没有直接抛出那些晦涩难懂的公式，而是从更宏观的视角，比如人类对尺度认知的历史演变，来引入“纳米”这个概念。这感觉就像是走进了一个精心布置的博物馆，每一件展品——无论是石墨烯的二维结构，还是量子点的光电特性——都有一个引人入胜的故事背景。特别让我印象深刻的是，书中对传统冶金学和材料制备工艺的颠覆性视角，它没有简单地堆砌数据，而是深入探讨了为什么在纳米尺度下，材料会展现出完全不同于宏观的性质，那种对物质本质的追问，真的让我沉浸其中，久久不能自拔。

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坦白讲，我对这类技术书籍通常抱有一种敬而远之的态度，总觉得它们要么过于理论化，要么就是流于表面地介绍应用。然而，这本书彻底打破了我的固有印象。它在深入讲解晶体生长动力学的那一节，让我体会到了一种近乎诗意的严谨。作者没有放过任何一个细节，从热力学驱动力到动力学限制因素，层层递进，清晰地勾勒出纳米结构形成的每一个关键节点。更值得称赞的是，作者对实验技术的描述非常到位，不仅仅是罗列出扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）这些工具的名称，而是深入剖析了如何通过调控它们的参数来“雕刻”出我们想要的形状。这种对“如何做到”的深度剖析，对于一个致力于将理论付诸实践的研究者来说，其价值是无法估量的，它提供了一种解决问题的系统性思维框架，而不是仅仅提供一个现成的答案。

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我必须承认，这本书的学术深度是毋庸置疑的，但它的伟大之处在于，它成功地在严谨与普适性之间架起了一座坚实的桥梁。对于我们这些非本专业的读者来说，第一次接触“缺陷工程”或者“表面能调控”时，可能会感到一丝吃力。但作者似乎预见到了这一点，总会在关键时刻插入一些历史性的回顾或哲学性的反思，将读者从复杂的数学模型中拉出来，重新审视我们研究的初衷。例如，书中对“标度律失效”的探讨，就不仅仅是一个物理现象的描述，它引发了我们对于经典物理学在极端条件下的适用性的深思。这种不断地自我批判和对更深层次规律的探索精神，渗透在每一页文字中，让人感受到作者那份对科学的纯粹热爱与敬畏。它让我明白了，真正的材料科学不仅仅是制造更坚硬或更轻的物质，更是理解物质世界最底层运行规则的艺术。

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