经典力学
外观
经典力学是基于艾萨克·牛顿著名的力学定律,研究物体运动的学科。在经典力学中,没有新的物理概念是其他物理学领域中不存在的。经典力学所做的是对牛顿物理学进行数学上的重新表述,以解决从分子动力学到天体运动等各种问题。
作为最古老的物理学分支之一,它在许多研究领域中早已被更新的理论取代(其中最重要的是量子力学和相对论),但经典力学远未过时。经典力学对于分析量子和相对论效应可以忽略不计的问题非常有用,其原理和数学是许多现代物理学分支(包括量子力学和相对论)的基础。最后,它本身就是一个令人着迷的研究领域——或者至少有些人认为如此。也许在你学习之后,你也将成为经典力学的粉丝。
先决条件
读者应该熟悉牛顿定律以及质量、惯性矩、长度、力、时间等基本物理概念(参阅基本概念)。此外,数学是物理学的关键工具,熟悉几何、代数和微积分是必须的。特别是,读者应该熟悉多元微积分(如果你不知道“∂f/∂x”和“df/dx”之间的区别,那么是时候花一些时间研究数学教科书了)。
话虽如此,数学是物理学的工具,而且仅仅是工具。尽管它对物理学的研究非常重要,但物理学不仅仅是数学练习。它也是关于寻找不同的方式来观察物理世界,并发展对如何预测自然现象的直觉(“事物是如何运作的”)。读者不必理解他们在数学课程中所学到的所有内容。
建议的学习书籍
理论力学教科书数量众多,因为它是一个相当古老且研究充分的学科。你需要任何你能理解的经典力学教科书,并且该教科书要尽早谈论“拉格朗日量”。(只讨论加速度、力、力矩的书籍可能非常高级,但它们不涉及理论力学的主题。)
- H. Goldstein. 经典力学。 - 包含所有标准内容,以及相当多的高级主题。一个老经典。
- L.N. Hand, J.D. Finch. 解析力学 (剑桥,1998)。 - 力学更加新鲜、更有说服力的阐述。标准材料。
- L. Landau, E. Lifshitz. 力学。-- 简洁、干净、简明的力学处理。
- V.I. Arnold. 经典力学的数学方法。-- 几乎没有标准内容,但对于数学头脑的学生来说非常出色。不适合初学者。
内容
第一部分:核心材料
- 简要回顾牛顿物理学
- (介绍和概述)
- 微分方程简要入门
- 力学的拉格朗日表述
- 建立拉格朗日函数的练习
- 约束系统和拉格朗日乘子
- 应用和进一步方向概述
- 中心力场中的运动
- 更多关于拉格朗日形式主义的内容
- 小振动
- 对称性和守恒定律
- 刚体力学
- 非惯性参考系
- 哈密顿形式主义
- 狭义相对论