經典力學
外觀
經典力學是基於艾薩克·牛頓著名的力學定律,研究物體運動的學科。在經典力學中,沒有新的物理概念是其他物理學領域中不存在的。經典力學所做的是對牛頓物理學進行數學上的重新表述,以解決從分子動力學到天體運動等各種問題。
作為最古老的物理學分支之一,它在許多研究領域中早已被更新的理論取代(其中最重要的是量子力學和相對論),但經典力學遠未過時。經典力學對於分析量子和相對論效應可以忽略不計的問題非常有用,其原理和數學是許多現代物理學分支(包括量子力學和相對論)的基礎。最後,它本身就是一個令人著迷的研究領域——或者至少有些人認為如此。也許在你學習之後,你也將成為經典力學的粉絲。
先決條件
讀者應該熟悉牛頓定律以及質量、慣性矩、長度、力、時間等基本物理概念(參閱基本概念)。此外,數學是物理學的關鍵工具,熟悉幾何、代數和微積分是必須的。特別是,讀者應該熟悉多元微積分(如果你不知道“∂f/∂x”和“df/dx”之間的區別,那麼是時候花一些時間研究數學教科書了)。
話雖如此,數學是物理學的工具,而且僅僅是工具。儘管它對物理學的研究非常重要,但物理學不僅僅是數學練習。它也是關於尋找不同的方式來觀察物理世界,並發展對如何預測自然現象的直覺(“事物是如何運作的”)。讀者不必理解他們在數學課程中所學到的所有內容。
建議的學習書籍
理論力學教科書數量眾多,因為它是一個相當古老且研究充分的學科。你需要任何你能理解的經典力學教科書,並且該教科書要儘早談論“拉格朗日量”。(只討論加速度、力、力矩的書籍可能非常高階,但它們不涉及理論力學的主題。)
- H. Goldstein. 經典力學。 - 包含所有標準內容,以及相當多的高階主題。一個老經典。
- L.N. Hand, J.D. Finch. 解析力學 (劍橋,1998)。 - 力學更加新鮮、更有說服力的闡述。標準材料。
- L. Landau, E. Lifshitz. 力學。-- 簡潔、乾淨、簡明的力學處理。
- V.I. Arnold. 經典力學的數學方法。-- 幾乎沒有標準內容,但對於數學頭腦的學生來說非常出色。不適合初學者。
內容
第一部分:核心材料
- 簡要回顧牛頓物理學
- (介紹和概述)
- 微分方程簡要入門
- 力學的拉格朗日表述
- 建立拉格朗日函式的練習
- 約束系統和拉格朗日乘子
- 應用和進一步方向概述
- 中心力場中的運動
- 更多關於拉格朗日形式主義的內容
- 小振動
- 對稱性和守恆定律
- 剛體力學
- 非慣性參考系
- 哈密頓形式主義
- 狹義相對論