具体描述
Servo Motors and Industrial Control Theory presents the fundamentals of servo motors and control theory in a manner that is accessible to undergraduate students, as well as practitioners who may need updated information on the subject. Graphical methods for classical control theory have been replaced with examples using mathematical software, such as MathCad and MatLab, to solve real-life engineering control problems. State variable feedback control theory, which is generally not introduced until the Masters level, is introduced clearly and simply for students to approach complicated problems and examples.
《运动的奥秘：从微观粒子到宏观宇宙的动态原理》 简介 《运动的奥秘》是一部跨越物理学、天文学、工程学以及生物学等多个领域的宏大叙事，旨在揭示宇宙万物中普遍存在的“运动”这一核心概念。本书并非局限于单一学科的狭窄视角，而是力求以一种整合性的、系统性的方式，探讨从亚原子粒子振动到星系团碰撞，从生物体内的分子机器运转到人类文明的科技发展，所有动态现象背后的基本原理和相互关联。本书面向的读者群广泛，包括对科学充满好奇的普通读者、希望拓宽知识视野的学生、以及寻求跨学科理解的专业研究人员。 内容详述 第一部分：运动的基石——物理世界的动力学 本书的开篇将带领读者深入物理世界的微观层面，探寻运动的最初动力。 第一章：量子世界的律动——粒子与能量的舞蹈 我们将从量子力学的角度审视最基本的运动形态。这包括了基本粒子的波粒二象性，它们如何以概率波的形式传播，以及在能量量子化的世界里，粒子如何通过吸收或释放光子等能量载体进行状态跃迁。我们将深入探讨海森堡不确定性原理，理解微观粒子的运动并非确定性的轨迹，而是概率分布的模糊性。此外，本章还将触及量子隧穿效应，一种违背经典物理直觉的“穿越”现象，以及粒子在相互作用中如何产生动量和能量的传递。内容将避免使用复杂的数学推导，而是通过形象的比喻和生动的案例来阐释这些抽象的概念，例如将波粒二象性比作水波与弹珠的结合体，将不确定性比作捉迷藏游戏中的不确定位置。 第二章：经典力学的宏大叙事——牛顿的万有引力与运动定律 转向宏观世界，我们复习牛顿力学三大定律，理解物体惯性、力与加速度的关系，以及作用力与反作用力的普遍性。本书将详细阐述万有引力定律，解释行星绕日公转、潮汐现象以及物体下落的根本原因。我们将通过对不同运动状态的分析，区分匀速直线运动、匀变速直线运动以及曲线运动。重点将放在对力在改变物体运动状态中的决定性作用的强调，并结合历史上重要的物理学实验，如伽利略的斜面实验，来展示这些定律是如何被发现和验证的。此外，本章还将引入动量守恒和能量守恒定律，作为描述宏观系统运动的重要原则，并预示它们在后续章节中的更广泛应用。 第三章：能量的转化与守恒——热、光、电与磁的交响 能量是驱动一切运动的根本动力。本章将深入探讨能量的多种形式及其之间的相互转化。我们将从热力学第一定律出发，解释能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式。从内能的随机运动到机械能的有序运动，从化学能的释放到电磁能的传播，我们将系统性地梳理这些能量转换过程。例如，我们将探讨内燃机如何将化学能转化为机械能，发电机如何利用电磁感应将机械能转化为电能，以及太阳能电池板如何捕捉光能。本章还会介绍热力学第二定律，解释能量转化过程中的不可逆性和熵的增加，并触及功与热之间的关系。 第二部分：宇宙的宏伟运动——天体运行与时空结构 在物理学的基础上，本书将视角拓展至浩瀚的宇宙，探寻天体运动的规律以及宇宙本身的演化。 第四章：星辰的舞蹈——行星、恒星与星系的运动 我们将以天文学的视角，描绘宇宙中宏大天体的运动图景。从行星在恒星引力下的椭圆轨道运动，到恒星在星系中心的引力束缚下的旋转，再到星系在宇宙大尺度结构中的相互作用和聚集，本书将展现不同尺度下的引力动力学。我们将介绍开普勒定律，解释行星运动的几何规律，并阐述牛顿引力理论如何统一了地面物体和天体的运动。本章还将探讨恒星的形成、演化和死亡，以及它们作为宇宙能量和物质的生产者所扮演的角色。对于星系的运动，我们将介绍其旋转曲线的异常现象，引出暗物质的概念，并描绘星系碰撞和合并的壮观景象，以及宇宙大尺度结构的形成。 第五章：时空的涟漪——相对论与宇宙的膨胀 进入现代物理学的领域，我们将探索爱因斯坦的相对论如何深刻地改变了我们对运动、空间和时间的理解。本书将通俗易懂地解释狭义相对论中的时间膨胀和长度收缩效应，以及质量与能量的等价性（E=mc²）。更重要的是，我们将深入探讨广义相对论，理解引力并非一种力，而是由物质和能量弯曲时空所产生的几何效应。我们将解释黑洞的形成和性质，以及引力波作为时空涟漪的探测意义。本章的另一核心内容将是宇宙的膨胀，介绍哈勃定律，以及宇宙微波背景辐射如何证明宇宙起源于一次大爆炸。我们将讨论宇宙学模型，如标准宇宙学模型，以及暗能量在加速膨胀中的作用。 第三部分：生命的运动与演化——生物体的动态机制 本书的第三部分将把目光聚焦于生命世界，探究生命体内部和生命体之间的各种运动形式。 第六章：分子机器的精巧运转——生命物质的动态平衡 生命活动的核心在于分子层面的精密运动。本章将深入剖析生物大分子，如蛋白质、核酸和脂质，是如何通过特定的构象变化和相互作用来实现其功能的。我们将探讨酶催化反应的动力学，解释酶如何加速生化反应的发生，以及其活性位点的构象变化。核酸的复制、转录和翻译过程，将以动态图景的方式呈现，揭示遗传信息如何被精确地传递和表达。蛋白质如何折叠形成三维结构，以及分子伴侣在其中扮演的角色，也将被详细介绍。此外，细胞膜的流动镶嵌模型，离子通道的开关，以及囊泡的运输，都将展示生命体内部物质流动的动态特征。 第七章：从单细胞到多细胞——生命体的运动方式与适应性 本书将追溯生命从简单的单细胞生物到复杂的多细胞生物的演化历程，重点关注运动能力的发展及其对生命适应性的影响。我们将探讨单细胞生物的运动机制，如鞭毛、纤毛的摆动，以及变形虫的伪足运动。对于多细胞生物，我们将从宏观层面分析它们的运动系统，包括肌肉的收缩原理、骨骼的支持作用以及神经系统的调控。我们将研究不同动物的运动方式，如鸟类的飞行、鱼类的游泳、哺乳动物的奔跑，并分析这些运动方式如何适应各自的生存环境。本章还将讨论生物体的生长、发育和衰老过程中的动态变化，以及形态发生和组织重塑等过程的运动学基础。 第八章：群体行为的智慧——生态系统中的动态互动 生命体的运动并非孤立存在，而是构成复杂的生态系统。本章将探讨生物群体之间的运动互动，以及这些互动如何影响种群动态和生态平衡。我们将研究捕食者与猎物之间的追逐与逃逸，以及由此产生的种群数量的周期性波动。动物迁徙作为一种大规模的集体运动，其驱动因素、导航机制以及对生态系统的影响也将被详细讨论。此外，我们将审视生物之间的合作与竞争，例如昆虫的社会性行为、植物的生长竞争以及微生物群落的协同作用。这些群体行为都蕴含着复杂的运动规则和动态反馈机制，共同塑造着我们所见的丰富多彩的生命世界。 第四部分：人类文明的驱动力——科技进步与未来展望 在理解了自然界的运动规律后，本书的最后部分将聚焦于人类如何利用和创造运动，推动文明的发展，并展望未来的可能性。 第九章：机械的革命——从蒸汽机到人工智能的动力系统 人类历史上，对运动的驾驭和创造是科技进步的强大引擎。本章将回顾人类在机械动力方面的重大突破。从蒸汽机的发明及其如何驱动工业革命，到内燃机在交通运输领域的广泛应用，再到电动机如何改变了我们的生产和生活方式，本书将梳理机械动力技术的发展脉络。我们将深入探讨现代动力系统，如液压和气动系统，以及它们在工业自动化中的关键作用。最后，我们将展望人工智能在运动控制领域的应用，例如机器人技术如何模拟和执行复杂的运动任务，以及智能交通系统如何优化城市内的交通流量。 第十章：信息之流与网络涌动——数字时代的动态连接 在信息时代，信息本身的运动和传播成为推动社会发展的核心动力。本章将探讨数字信息是如何被编码、传输、处理和存储的。我们将介绍通信技术的发展，从早期的电报、电话到现代的光纤通信和无线网络。信息的流动构成了互联网，这个全球性的信息网络如何实现海量数据的快速交换，以及社交网络中的信息传播模式。本章还将探讨数据分析和机器学习中的动态过程，例如算法如何通过迭代和反馈来学习和优化。我们将审视信息技术如何影响经济、政治和社会形态的演变，以及虚拟现实和增强现实技术所带来的新的运动体验。 第十一章：运动的未来——探索未知与重塑世界 本书的最后一章将把读者带向运动研究和应用的未来。我们将探讨尚未完全理解的自然现象，例如生物体的能量转换效率极限、宇宙深处可能存在的未知物理定律，以及生命在极端环境下的运动适应性。我们将展望未来科技发展的方向，例如更高效的能源利用技术、更先进的机器人技术、以及太空探索中的新型推进系统。本书还将思考人类如何通过对运动的更深刻理解，来解决全球性挑战，如气候变化、资源短缺以及疾病防控。最终，《运动的奥秘》旨在激发读者对我们所处世界的持续好奇心，认识到运动无处不在，且是理解宇宙、生命和人类文明的关键钥匙。 《运动的奥秘》以其广阔的视野、深入浅出的讲解以及跨学科的融合，为读者提供了一场关于“运动”的全面而深刻的探索之旅。它不仅仅是一本知识的汇集，更是一次思想的启迪，引导我们以全新的视角审视周围的世界，理解万物存在的根本动力。
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