力学--中国大百科全书(甲精)

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出版者:中国大百
作者:大百 会
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1994-06-01
价格:70
装帧:
isbn号码:9787500000679
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

现代物理学基础:从经典到量子的探索 本书导言: 在人类对自然世界的认知历程中,物理学无疑是最核心、最基础的学科之一。它试图揭示宇宙运行的基本规律,从宏观天体的运动到微观粒子的相互作用,无不包含在物理学的范畴之内。本书旨在系统梳理和深入阐述自经典物理学奠基以来,现代物理学领域所取得的重大突破和核心概念。我们不会涉及专门的工程力学分支,而是将焦点集中于驱动现代物理学发展的基本理论框架及其在自然现象中的体现。 第一部分:经典物理学的辉煌与局限 经典物理学,主要建立在牛顿力学、麦克斯韦电磁学和热力学之上,构建了一个宏大而精确的宏观世界模型。 第一章:牛顿力学的精确描述 本章将详细剖析牛顿三大定律——惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律——如何构建了对宏观物体运动状态的定量描述。我们将探讨万有引力定律在解释行星轨道和潮汐现象中的关键作用。此外,本书将深入分析动量守恒和角动量守恒定律的普适性,阐述它们如何作为分析复杂系统动力学行为的强大工具。我们会通过对刚体运动和简谐振动的分析,展示经典力学在处理周期性与复杂形变问题上的严谨性,强调其在处理宏观低速问题上的无可替代的精确性。 第二章:电磁场的统一与波动本质 电磁学是另一座巍峨的经典物理学丰碑。本章将聚焦于法拉第电磁感应定律、安培定律以及高斯定律的整合,最终形成完整、优雅的麦克斯韦方程组。我们将详细解读麦克斯韦方程组的四个基本形式,阐明它们如何预言了电磁波的存在,并揭示光本质上就是一种电磁波。本章还将讨论电磁场在真空中的传播特性,以及在介质中(如折射、反射和散射)的表现,为理解光现象提供了坚实的理论基础。 第三章:热力学与统计力学的桥梁 热力学是研究能量转换和物质状态的学科。本书将从经验定律出发,深入阐述热力学第一定律(能量守恒)和第二定律(熵增原理)。熵的概念及其在不可逆过程中的重要性将被深入探讨,揭示了时间之箭的方向性。为了弥补宏观热力学对微观机制解释的不足,本章的后半部分将引入统计力学的基础概念,解释宏观热力学量(如温度、压强)如何从大量分子随机运动的微观统计行为中涌现出来,尤其关注玻尔兹曼分布及其在气体动力学理论中的应用。 局限性探讨: 尽管经典物理学取得了巨大成功,但其在处理黑体辐射、光电效应以及迈克尔逊-莫雷实验结果时暴露出了无法调和的矛盾。这些矛盾直接指向了经典理论在描述极端条件和微观世界时的失效,为下一代物理学的诞生埋下了伏笔。 第二部分:相对论的革命——时空的重塑 经典物理学的基石——绝对时空观,在面对高速运动的物体和强引力场时,开始动摇。相对论的提出,彻底重塑了我们对空间、时间、质量和能量的理解。 第四章:狭义相对论的结构 本章将从爱因斯坦的两个基本假设(光速不变原理和相对性原理)出发,系统推导洛伦兹变换。洛伦兹变换是狭义相对论的数学核心,它直接导致了时间膨胀和长度收缩等反直觉现象。我们将详细讨论相对论质量的引入,以及质能等价关系 $ ext{E} = ext{mc}^2$ 的深刻物理意义,探讨其在核物理学中的基础地位。本章将严格遵循四维时空(闵可夫斯基空间)的框架来描述物理事件。 第五章:广义相对论的引力本质 广义相对论是关于引力的几何理论。本章将介绍等效原理,即引力效应与加速度的不可区分性。基于此,我们将构建弯曲时空的概念,阐述引力不再是牛顿意义上的“力”,而是物质和能量导致时空几何结构发生形变的结果。我们将讨论爱因斯坦场方程的物理含义,并分析其在解释水星近日点进动、光线在引力场中的偏折等经典实验验证中的卓越表现。对引力红移和引力时间延迟的讨论,将进一步巩固时空几何理论的地位。 第三部分:量子世界的奇景 进入微观领域,经典概念彻底失效。量子力学以其概率性的描述和独特的量子化现象,揭示了物质和能量在原子尺度的真实面貌。 第六章:量子的诞生与波粒二象性 本章追溯了量子理论的起源,从普朗克对黑体辐射的量子假设(能量量子化),到爱因斯坦对光电效应的成功解释(光子概念)。随后,我们将讨论德布罗意物质波的假设,正式确立了波粒二象性原理:所有物质都同时具有粒子和波的属性。对双缝干涉实验的深入剖析,将是理解这种二象性的关键。 第七章:薛定谔方程与量子态的描述 量子力学的核心在于其动力学方程——薛定谔方程。本书将详细介绍时间依赖和时间无关的薛定谔方程,阐明波函数 $psi$ 的物理意义,即它代表了粒子处于某一状态的概率幅。我们将通过对无限深势阱、有限深势阱和氢原子能级的求解实例,展示量子化能级和量子数的必然性。角动量量子化和自旋概念的引入,将为理解原子结构打下基础。 第八章:不确定性原理与量子纠缠 海森堡不确定性原理 $Delta x Delta p ge hbar/2$ 是量子世界非决定论性的核心体现。本章将解释该原理如何从波函数的数学性质中自然导出,并强调它并非实验误差,而是自然界的基本属性。最后,我们将探讨量子力学的最奇特现象——量子纠缠。通过贝尔不等式和定性分析,展示纠缠态下粒子之间非局域性的关联,这是现代量子信息科学的基础。 结论:现代物理学的交叉前沿 本书的最后部分将简要勾勒出当前物理学研究的前沿地带,包括粒子物理学的标准模型、凝聚态物理学中的拓扑绝缘体,以及对量子引力理论(如弦论或圈量子引力)的初步探讨。这些领域无不建立在经典物理学、相对论和量子力学这三大支柱的坚实基础之上,共同构成了我们对宇宙理解的完整图景。

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读后感

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拿到这本《力学》时,我主要是冲着它“百科全书”的权威性来的,期待能找到一些在国内其他教材或专著中难以查阅到的细分领域综述。它确实没让我失望,尤其是在材料力学与断裂力学的交叉地带,阐述得尤为深入。我特别欣赏它对非线性问题的处理方式,不是简单地抛出结论,而是追溯其理论建立的初衷和实验验证的过程,这对于理解理论的适用边界至关重要。例如,书中对疲劳裂纹扩展的Paris定律的推导过程,以及如何将其修正以适应复合材料的各向异性,讲解得层层递进,逻辑严密得如同一个精密的机械装置。更难能可贵的是,它似乎还兼顾了历史维度,穿插了我国老一辈力学家的研究贡献和关键节点的突破,使得阅读过程不仅是获取知识,更像是在与一代代中国科学家的智慧对话。尽管内容涵盖面广,但编排上却保持了惊人的条理性,从宏观到微观,从静力学到动力学,过渡自然流畅,使得读者在不同知识模块间穿梭自如,不会感到迷失方向。

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这本书的装帧设计也颇具匠心,那厚实的封面和清晰的字体排版,让人一看就知道这不是一般的学习资料。我关注的重点主要集中在计算力学部分,特别是有限元方法的应用拓展。令我惊喜的是,它对不同单元类型的内在机制,如四面体单元和六面体单元的形函数构建差异,进行了细致入微的对比分析,这种深度剖析是很多专业软件手册都无法提供的。更让我眼前一亮的是,书中对一些前沿的、跨学科的领域,比如生物力学中组织材料的力学特性建模,也给予了相当的篇幅。它探讨了如何将连续介质力学推广到非均匀、各向异性的软组织模拟中去,这对于正在尝试将传统工程力学知识应用于生物医学工程的朋友来说,简直是及时雨。总的来说,它就像一位学识渊博、经验丰富的老教授,你问他任何一个力学分支的深层次问题,他都能从容地给你一个既有理论根基又饱含实践智慧的回答,而不是敷衍了事地告诉你“去查下一本更专业的书”。

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坦白说,我本来对这种国家级的工具书抱持着一种敬而远之的态度,觉得内容太过宏大,可能更适合研究机构的参考室。然而,在实际翻阅过程中,我发现它在基础概念的阐释上,居然做到了出人意料的“接地气”。比如,对于初学者常常感到困惑的应力和应变的关系,它不是直接用抽象的张量代数轰炸你,而是通过一系列生动的、甚至带点工程幽默的比喻来解释其物理意义。我特别留意了关于流体力学中边界层理论的介绍,它没有过度依赖复杂的偏微分方程求解,而是着重强调了粘性效应在不同速度区域扮演的关键角色,配合了大量的截面图示,让那些抽象的流场涡旋变得直观可感。这种平衡——既要保持作为百科全书的深度和准确性,又要兼顾不同层次读者的可读性——是极其考验编纂功力的。这本书的编辑团队显然在如何“翻译”晦涩的科学语言方面下了大功夫,使得原本高耸入云的力学殿堂,变得亲切了许多,至少让你有信心迈入其中探索。

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这部厚重的精装本,拿到手里就有一种沉甸甸的学术分量感。我本以为它会是一本枯燥乏味的理论汇编,毕竟“中国大百科全书”这几个字本身就带着一股官方和严谨的冷峻气息。然而,当我翻开它时,那种先入为主的印象就被彻底颠覆了。它没有陷入纯粹的数学公式推导泥潭,而是巧妙地将基础的刚体运动、流体力学的前沿探索,与中国在航天、土木工程等领域的实际应用案例结合得丝丝入扣。特别是其中关于复杂结构在极端载荷下的响应分析部分,插图的精细程度和数据图表的清晰度,简直是教科书级别的典范。我记得有一章专门讲了古代建筑中的抗震设计原理,从榫卯结构的力学优势解析到现代隔震技术的引入,这种跨越时空的对话,让人深切体会到知识的传承与发展。对于那些希望系统性地梳理和提升自身力学知识体系的工程师和高年级学生来说,这套书无疑是宝库,它不仅仅是知识的罗列,更像是一场精心组织的学术巡礼,每走一步都让你对“力”这个基本概念有更深刻的洞察。

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从阅读体验上讲,这部巨著最成功的地方在于它的体系构建。它不是简单地把经典力学、材料力学、流体力学等各个分支堆砌在一起,而是通过贯穿始终的“能量原理”和“本构关系”这两个核心脉络,将看似独立的学科领域串联起来,展现出整个力学体系内在的统一性。当我阅读到结构动力学与振动控制部分时,我清晰地看到了这些基础原理是如何被提炼和应用于解决实际工程难题的。书中对模态分析的讲解非常到位,它没有止步于计算特征值和特征向量,而是深入讨论了如何通过施加阻尼和主动控制来实现对结构响应的优化。这种由基础原理出发,层层递进直至工程应用的架构,极大地增强了知识的迁移能力。对于我这种常年在外围打转的工程师而言,它提供了一个重新审视自己知识盲区的绝佳机会,帮助我填补了从“会用”到“理解其所以然”之间的鸿沟,实属难得的系统性学习资源。

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