全書包括矢量、牛頓定律、力和運動方程、動量、能量、角動量、剛體、非線性系統(tǒng)、圓周運動、諧振子、狹義相對論等。本書英文版為MIT等世界高校的教材，本中譯本可作為國內(nèi)物理、應用物理等專業(yè)本科生的教材或教學參考書。
這本《力學概論》源于麻省理工學院針對希望更深入了解前言物理的大一新生而開設的一學期課程———物理８..０１２。在本書面世后的四十多年中，物理在許多方面都飛速發(fā)展，但力學依然是慣性、動量和能量這些概念的基礎；作為本書的主旋律———物理學家解決問題的嫻熟技巧還是那么寶貴。有些已在工作崗位上大顯身手的學生、ＭＩＴ的教員以及其他人的好評使作者確信，本書的方法是非常奏效的。我們還收到同事的很多建議，借此機會在教材中整合了他們的想法，并更新了一些討論。
我們假定讀者熟悉關于多項式和三角函數(shù)的微積分知識，但不必熟悉微分方程。我們覺得大多數(shù)學生的難處不在于理解數(shù)學概念，而在于如何將它們應用于物理問題。這只能來自練習，解決難題沒有捷徑可走。因此，解題放在了優(yōu)先位置。我們提供了大量例題用來指導學生。所選例題盡可能與有趣的物理現(xiàn)象相關，但也不避諱純教學的問題。物塊滑下斜面是一個刻板的典型問題，但是若讓斜面加速，系統(tǒng)就會別具新意。
第１版的習題曾經(jīng)激勵、指導、并偶爾“挫敗”了幾代物理學家。勇于解決這些問題的學生在他們以后的科學生涯中贏得了自信。第１版的大多數(shù)問題在第２版中保留了下來，并增加了一些新問題。我們始終推崇皮特·海因的格言：
值得挑戰(zhàn)的問題，攻堅克難中顯價值。
除了這一鼓勵，我們再給學生幾個實用的建議：問題是用紙和筆來做的。一般會得到一個表達式：需要時最后會有數(shù)值。只有查看表達式才能確定答案是否合理。圖非常有用。
某些問題給出了提示和答案。但書中沒有解題過程，避免大家在思考問題時抵擋不住誘惑，沒有付出最大努力就看解答。
小組討論對所有人都有指導性。
第１版后物理學的兩個革命性進展值得一提。一是１９７０年發(fā)現(xiàn)了，更準確地說是再發(fā)現(xiàn)了混沌，而此后陸續(xù)出現(xiàn)的混沌理論成了動力學的一個活躍分支。由于在有限的篇幅里不能說清楚混沌，本書沒有包含它。另外，只論證開普勒定律的驚人準確性也是不全面的，實際上太陽系也是混沌的，盡管時間尺度太大不便于觀測，所以我們適當?shù)亟榻B了混沌的存在性。二是計算機。計算物理是一個很成熟的分支，一定程度上的計算機技術也是物理學家的必備工具。然而，我們還是沒有包含這類計算問題，因為它們對理解本書的概念不是必需的，且相當耗時。
第２版的小結(jié)：第１章是矢量和運動學的數(shù)學準備。矢量表示在本書及整個物理學中都很普遍，所以我們解釋得很詳細。平動用熟悉的笛卡兒坐標來描述很自然。轉(zhuǎn)動同樣重要，但用來描述它的坐標幾乎是完全陌生的，因此我們特別強化了運動的極坐標描述。從第２章開始，我們引入慣性系這一重要概念來介紹牛頓定律。牛頓定律的介紹分為兩部分，第一部分（第２章）討論原理，第二部分（第３章）致力于介紹這些原理的各種應用。第４章介紹動量、動量通量和動量守恒的概念。第５章介紹動能、勢能和能量守恒的概念，其中包含熱和其他形式的能量。第６章將前面的知識應用于力學中有趣的現(xiàn)象：小振動、穩(wěn)定性、耦合振子和簡正模，以及碰撞。第７章則推廣到轉(zhuǎn)動，介紹定軸轉(zhuǎn)動，緊接著在第８章介紹了剛體運動更一般的情形。第９章回到慣性系的主題，著重強調(diào)如何理解非慣性系中的觀測。第１０章和１１章分別介紹物理學中有廣泛興趣的兩個題目：有心力運動和阻尼與受迫諧振子。第１２～１４章介紹非牛頓物理：狹義相對論。
我們當初開設物理８..０１２課程時，ＭＩＴ的學期比現(xiàn)在長，所以如今課上時間通常不可能包含本書所有材料。第１～９章是本書的核心。第９～１４章依教師的興趣而定。
我們感謝多年來ＭＩＴ的同事們對本書的貢獻。他們是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。我們還要特別感謝Ｐ..Ｄｏｕｒｍａｓｈｋｉｎ的幫助。
丹尼爾·克萊普納羅伯特·科連科
目錄前言
致教師
例題列表
１ 矢量與運動學 １
�。�. １ 簡介 ２
�。�. ２ 矢量 ２
１. ３ 矢量代數(shù) ３
�。�. ４ 矢量乘法 ４
�。�. ５ 矢量的分量 ８
１. ６ 基矢量 １１
�。�. ７ 位置矢量ｒ 和位移 １２
１. ８ 速度和加速度 １４
�。�. ９ 運動方程的形式解 １８
�。�. １０ 再論矢量對時間的導數(shù) ２２
１. １１ 平面極坐標中的運動 ２６
注釋１. １ 近似法 ３６
注釋１. ２ 泰勒級數(shù) ３７
注釋１. ３ 一些常見函數(shù)的級數(shù)展開 ３８
注釋１. ４ 微分 ３９
注釋１. ５ 有效數(shù)字與實驗不確定度 ４１
習題 ４１
２ 牛頓定律 ４７
�。�. １ 簡介 ４８
２. ２ 牛頓力學與近代物理 ４８
２. ３ 牛頓定律 ４９
�。�. ４ 牛頓第一定律與慣性系統(tǒng) ５１
２. ５ 牛頓第二定律 ５１
�。�. ６ 牛頓第三定律 ５５
�。�. ７ 基本單位和物理標準 ５９
�。�. ８ 量綱代數(shù) ６３
�。�. ９ 牛頓定律的應用 ６４
�。�. １０ 采用極坐標的動力學 ７２
習題 ７７
３ 力和運動方程 ８１
�。�. １ 簡介 ８２
３. ２ 物理的基本力 ８２
�。�. ３ 引力 ８３
�。�. ４ 一些唯象力 ８９
３. ５ 漫談微分方程 ９５
�。�. ６ 黏性力 ９８
�。�. ７ 胡克定律與簡諧運動 １０２
注釋３. １ 球殼的引力 １０７
習題 １１０
４ 動量 １１５
�。�. １ 簡介 １１６
�。�. ２ 質(zhì)點系動力學 １１６
�。�. ３ 質(zhì)心 １１９
�。�. ４ 質(zhì)心坐標系 １２４
４. ５ 動量守恒 １３０
�。�. ６ 動量關系再述和沖量 １３１
�。�. ７ 動量和質(zhì)量流 １３６
�。�. ８ 火箭運動 １３８
４. ９ 動量流與力 １４３
�。�. １０ 動量通量 １４５
注釋４. １ 二維與三維物體的質(zhì)心 １５１
習題 １５５
５ 能量 １６１
５. １ 簡介 １６２
�。�. ２ 積分一維運動方程 １６２
�。�. ３ 功與能量 １６６
�。�. ４ 機械能守恒 １７９
５. ５ 勢能 １８２
�。�. ６ 勢能可以告訴我們的力 １８５
�。�. ７ 能量圖 １８５
５. ８ 非保守力 １８７
�。�. ９ 能量守恒與理想氣體定律 １８９
�。�. １０ 守恒定律 １９２
�。�. １１ 全球能量的使用 １９４
注釋５. １ 擺周期的修正 １９９
注釋５. ２ 力、勢能和矢量算符Δ ２００
習題 ２０５
６ 動力學專題 ２１１
目 錄Ⅶ
�。�. １ 簡介 ２１２
６. ２ 束縛系統(tǒng)的小振動 ２１２
�。�. ３ 穩(wěn)定性 ２１７
�。�. ４ 簡正模 ２１９
６. ５ 碰撞與守恒律 ２２５
習題 ２３３
７ 角動量和定軸轉(zhuǎn)動 ２３９
�。�. １ 簡介 ２４０
�。�. ２ 質(zhì)點的角動量 ２４１
�。�. ３ 定軸轉(zhuǎn)動 ２４５
７. ４ 力矩 ２５０
�。�. ５ 力矩和角動量 ２５２
�。�. ６ 定軸轉(zhuǎn)動的動力學 ２６０
�。�. ７ 擺動和定軸轉(zhuǎn)動 ２６２
�。�. ８ 含有平動和轉(zhuǎn)動的運動 ２６７
�。�. ９ 動能定理與轉(zhuǎn)動 ２７３
�。�. １０ 玻爾原子 ２７７
注釋７. １ 沙勒定理 ２８０
注釋７. ２ 定軸轉(zhuǎn)動的動力學小結(jié) ２８２
習題 ２８２
８ 剛體運動 ２９１
�。�. １ 簡介 ２９２
�。�. ２ 角速度和角動量的矢量性質(zhì) ２９２
�。�. ３ 回轉(zhuǎn)儀 ３００
�。�. ４ 剛體運動示例 ３０４
�。�. ５ 角動量守恒 ３１０
�。�. ６ 剛體轉(zhuǎn)動與慣量張量 ３１２
�。�. ７ 剛體動力學專題 ３２０
注釋８. １ 有限與無限小轉(zhuǎn)動 ３２９
注釋８. ２ 再論回轉(zhuǎn)儀 ３３１
習題 ３３７
９ 非慣性系和慣性力 ３４１
�。�. １ 簡介 ３４２
９. ２ 伽利略變換 ３４２
�。�. ３ 勻加速系 ３４４
９. ４ 等效原理 ３４７
�。�. ５ 轉(zhuǎn)動坐標系中的物理 ３５６
注釋９. １ 等效原理與引力紅移 ３６８
Ⅷ 目 錄
習題 ３７０
１０ 有心力運動 ３７３
�。保�. １ 簡介 ３７４
�。保�. ２ 作為單體問題的有心力運動 ３７４
�。保�. ３ 有心力運動的普遍特征 ３７６
�。保�. ４ 能量方程與能量圖 ３７９
�。保�. ５ 行星運動 ３８６
１０. ６ 關于行星運動的一些結(jié)論 ４０２
注釋１０. １ 軌道積分的計算 ４０３
注釋１０. ２ 橢圓的性質(zhì) ４０５
習題 ４０７
１１ 諧振子 ４１１
�。保�. １ 簡介 ４１２
�。保�. ２ 簡諧運動： 回顧 ４１２
�。保�. ３ 阻尼諧振子 ４１４
�。保�. ４ 受迫諧振子 ４２１
�。保�. ５ 暫態(tài)行為 ４２５
１１. ６ 時間響應與頻率響應 ４２７
注釋１１. １ 復數(shù) ４３０
注釋１１. ２ 求解阻尼諧振子的運動方程 ４３１
注釋１１. ３ 求解受迫諧振子的運動方程 ４３４
習題 ４３５
１２ 狹義相對論 ４３９
�。保�. １ 簡介 ４４０
�。保�. ２ 牛頓物理可能的缺陷 ４４０
�。保�. ３ 邁克耳孫.莫雷實驗 ４４２
１２. ４ 狹義相對論 ４４５
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