Elementary Physics - Gases

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出版者:Blackbirch Press
作者:Ben Morgan
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2003-08-26
价格:USD 21.20
装帧:Hardcover
isbn号码:9781410300836
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 气体
  • 初级物理
  • 物理学
  • 气体性质
  • 热力学
  • 状态方程
  • 分子动理论
  • 理想气体
  • 气体定律
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具体描述

经典力学:从牛顿定律到现代应用 本书概述: 本书旨在为物理学、工程学以及相关科学领域的学生和专业人士提供一个全面而深入的经典力学基础。我们不涉及气体动力学或统计物理学的复杂领域,而是将焦点完全集中于牛顿运动定律的严谨推导、应用及其在宏观世界中的各种经典问题中的实现。 第一部分:基础与概念的奠基 第一章:空间、时间和运动的量度 本章是整个力学体系的基石。我们将详细探讨: 参考系的选择: 惯性系与非惯性系的定义,以及在非惯性系中引入虚假力(如科里奥利力和离心力)的必要性与数学描述。 时间和位移的精确测量: 从米(meter)和秒(second)的国际单位制(SI)定义出发,深入讨论测量误差的性质及其在物理计算中的重要性。 运动学的描述: 速度和加速度的矢量性质。二维和三维空间中的运动方程,包括曲线运动的瞬时加速度分解(法向和切向分量)。 第二章:牛顿运动定律的精髓 本章将细致解析指导我们理解物体动力学行为的三个核心定律: 第一定律(惯性定律): 强调了力与状态改变之间的关系,而非状态本身。我们探讨了动量守恒的初步概念。 第二定律 ($mathbf{F} = mmathbf{a}$): 系统的核心。我们不仅将其应用于质点,还探讨了其在变质量系统(如火箭运动的经典模型,不涉及热力学过程)中的形式。质量、力与加速度的矢量关系是本章的重点。 第三定律(作用与反作用): 严格定义了力的相互性,并阐明了系统总动量守恒的直接后果。 第三章:力与相互作用的类型 本章分类和详细分析了在经典力学问题中遇到的各种基本力场: 引力: 牛顿万有引力定律的详细阐述,包括其在描述行星运动中的应用(开普勒定律的推导)。 弹力: 胡克定律的微观基础和宏观应用,讨论弹簧系统中的张力、压力与形变。 摩擦力: 区分静摩擦力和动摩擦力,分析其依赖于正压力的性质,并将其引入到加速运动的计算中。 系绳张力与支持力: 在连接体运动和圆周运动中,这些约束力的处理方法。 第二部分:守恒定律与能量方法 第四章:功、能与保守力 本章从能量的角度重塑动力学分析,提供了一种比直接积分牛顿第二定律更简洁的方法: 功的定义与计算: 恒力做功与变力做功的积分定义,考虑路径依赖性。 动能定理: 净功等于动能的变化量,这是连接力和运动的桥梁。 保守力场: 严格定义保守力,推导出保守力与势能函数之间的关系 ($mathbf{F} = - abla U$)。我们重点讨论重力势能和弹性势能。 第五章:机械能守恒定律 机械能(动能加势能)的概念及其在没有非保守力做功的情况下保持不变的条件。本章将通过大量的实例来巩固这一概念: 单摆与弹簧振子的机械能分析: 求解其周期和最大速度。 势能曲线分析: 利用势能的最小值点(稳定平衡)和最大值点(不稳定平衡)来预测粒子的运动状态。 第六章:动量、冲量与碰撞动力学 本章专注于系统在短时间内发生大相互作用时的分析工具: 冲量与动量定理: 动量变化等于冲量。 系统动量守恒: 当系统所受的合外力为零时,系统总动量的守恒性,不论内部发生何种复杂的相互作用。 碰撞分析: 弹性碰撞(动量和动能都守恒)与非弹性碰撞(仅动量守恒)的二维和一维分析。引入恢复系数来量化碰撞的非弹性程度。 第七章:刚体的转动与角动量 将力学概念从质点推广到具有形状和大小的物体: 转动动力学基本量: 力矩(Torque)、转动惯量(Moment of Inertia)的定义与计算(包括平行轴定理和垂直轴定理)。 牛顿第二定律的转动形式: $ au = Ialpha$。 角动量守恒: 讨论刚体绕定轴或绕质心旋转时的角动量守恒条件。 滚动与滑动: 纯滚动运动的分析,计算滚动摩擦力矩的影响。 第三部分:系统动力学的高级处理 第八章:质心与多体系统 处理由多个粒子或刚体组成的复杂系统: 质心(Center of Mass): 质心的定义、运动方程,以及质心运动的独立性——质心遵循的轨道只与系统所受的合外力有关。 系统的能量与动量: 如何将系统的总能量和总动量分解为质心运动部分和相对于质心运动部分。 第九章:简谐振动与阻尼振动 本章详细分析最基本的周期性运动形式,严格限定于忽略气体阻尼效应的情况: 无阻尼简谐振动(SHM): 微分方程的求解,相位,以及能量在动能和势能之间的周期性转化。 阻尼振动: 引入线性阻尼力(与速度成正比 $mathbf{F}_d = -bmathbf{v}$),分析欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况下的运动轨迹和时间响应。 受迫振动与共振(经典机械角度): 外部驱动力如何影响系统的响应,共振峰的产生条件(仅从机械驱动角度分析,不涉及热力学驱动)。 第十章:基础微扰理论与轨道力学 将所学的知识应用于更精细的分析: 万有引力下的平面运动: 重新审视开普勒问题,引入轨道方程,分析椭圆、抛物线和双曲线轨道的特征。 微小扰动分析: 介绍如何通过微小的、非主要的力或位移来估计系统行为的变化,这是向更高级理论过渡的关键一步。 本书结构严谨,数学工具完备,旨在确保读者不仅能够“解出”力学问题,更能深入理解牛顿力学框架下宏观物理世界的内在逻辑和对称性。本书的所有例题和习题都严格限制在经典力学范畴内,不涉及流体力学、粘滞性或热力学平衡态的分析。

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读后感

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用户评价

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拿到《Elementary Physics - Gases》这本书,我最惊喜的是它提供的视角,完全不是我过去接触过的那些教科书式的枯燥分析。作者似乎是一位非常善于观察生活的物理学家,他从日常生活中那些看似微不足道的现象入手,比如我们夏天喝冷饮时冰块融化产生的气泡,或是潜水时随着深度增加耳朵会感到压力的原因。然后,他巧妙地将这些现象与气体定律联系起来,让我恍然大悟,原来物理就隐藏在我们身边!书中关于气体性质的描述,比如压强、体积、温度之间的关系,并没有仅仅停留在理论层面,而是通过大量的实例和类比,让我能够真正“感知”到这些概念。我尤其对书中关于分子运动的讲解印象深刻,作者用了一个“充满活力的小球”的比喻,生动地描绘了气体分子的无规则运动,以及温度升高时它们运动速度加快的情景。这一点对于我理解热力学相关的概念非常有帮助。此外,书中的排版设计也很用心,文字段落之间留白恰当,关键的公式和定义用醒目的方式呈现,阅读起来非常舒适,不会有压迫感。

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《Elementary Physics - Gases》这本书,给我最大的感受是它非常注重理论与实践的结合。作者没有仅仅停留在概念的堆砌,而是将复杂的物理定律融入到日常生活中的各种场景里,让我觉得物理学不再是遥不可及的学科,而是触手可及的工具。我尤其喜欢书中关于气体渗透和扩散的章节,作者用了一个非常形象的比喻,比如香水味如何在房间里扩散开来,以及植物的根系如何吸收水分,来解释这些现象背后的物理原理。这些例子让我对气体分子的运动有了更直观的理解。而且,书中对气体在工业生产中的应用也进行了介绍,比如冰箱制冷、汽车发动机的工作原理等,这些内容让我看到了物理学在现实世界中的巨大价值。书中的图解也非常丰富,生动地展示了各种气体定律的应用场景,让我能够更加清晰地理解抽象的物理概念。总的来说,这本书的优点在于其贴近生活,内容丰富,而且讲解方式灵活多样,非常适合想要深入了解气体物理的读者。

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我在这本《Elementary Physics - Gases》中发现了一种非常独特的叙事风格,它不像我之前读过的许多物理学书籍那样,上来就摆出一堆公式和定义。作者似乎更像一个故事讲述者,用引人入胜的语言,将气体这个主题娓娓道来。我尤其被书中关于气体性质演变的历史脉络的描述所吸引,从早期的经验性观察,到后来科学家们通过精确实验和严谨推理,逐步揭示气体世界的奥秘。这让我感觉自己不仅仅是在学习物理知识,更是在回顾一段伟大的科学探索史。书中对气体在极端条件下的行为的探讨,比如超临界流体,也让我大开眼界,这些内容远远超出了我以往对气体的认知。而且,作者在讲解过程中,非常注重逻辑的严密性和论证的充分性,但同时又避免了过于生硬的说教,使得阅读过程充满乐趣。我还注意到书中一些关于气体在天体物理中的角色的讨论,这让我看到了气体物理学更广阔的应用前景。总的来说,这本书的独特之处在于其叙事性和历史感,它将科学知识与人文情怀相结合,读来既有启发性,又富有感染力。

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这本书《Elementary Physics - Gases》给我带来了一种全新的学习体验,它以一种极其开放和探索性的方式来介绍气体物理。作者并没有预设读者已经具备了深厚的物理基础,而是从最基础的概念讲起,就像一位耐心的向导,一步步带领我们走进气体世界的奥秘。我特别欣赏书中关于气体混合物的讲解,作者通过一些生动的例子,比如厨房里不同气味混合在一起的现象,来引出分压定律的概念,这比单纯背诵公式要有效得多。而且,书中对气体在不同环境下的行为进行了深入的探讨,比如在真空环境下的膨胀,以及在高温高压下的变化。这些内容让我对气体有了更全面的认识,不再局限于课本上简单的描述。此外,作者在讲解过程中还穿插了一些历史故事,比如道尔顿、阿伏伽德罗等科学家的发现历程,这不仅增加了阅读的趣味性,也让我体会到科学进步的艰辛和伟大。整体而言,这本书的优点在于其内容的深度和广度,以及作者独特的讲解方式,能够激发读者独立思考和探索的兴趣。

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这本《Elementary Physics - Gases》真是让我大开眼界,虽然我一开始对气体这部分物理知识抱着一丝丝的畏惧,但这本书的叙述方式却出乎意料地引人入胜。作者并没有直接抛出复杂的公式和理论,而是从我们生活中最熟悉不过的现象入手,比如充气的气球为什么会飞起来,或者为什么夏天的时候轮胎会感觉更“硬”。这些贴近生活的例子,一下子就拉近了我和物理知识的距离。我尤其喜欢其中关于分子动理论的讲解,作者用非常形象的比喻,比如把气体分子想象成一群活泼好动的孩子在房间里乱跑,它们互相碰撞,也撞击着墙壁,这就解释了气体的压强。而且,书中关于理想气体状态方程的推导过程,虽然严谨,但讲解得条理清晰,每一步的逻辑都非常顺畅,让我这个物理门外汉也能跟着思路走。我还发现书中插入的一些小插图,比如描绘分子运动的动画风格图,以及展示不同温度下分子运动速度差异的图表,都极大地增强了我的理解。总的来说,这本书的优点在于它将抽象的物理概念具象化,而且叙述语言流畅自然,读起来一点都不枯燥,反而有种探索未知世界的乐趣。

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