经典力学
外观
(重定向自 经典力学)
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。经典力学中没有物理学其他领域中不存在的新的物理概念。经典力学所做的是从数学上重新阐述牛顿物理学,以解决从分子动力学到天体运动的广泛问题。
作为物理学最古老的分支之一,它在许多研究领域早已被更新的理论所取代(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——至少有些人是这样认为的。也许在你学习了它之后,你也会成为经典力学的粉丝。
先决条件
读者应该熟悉牛顿定律和基本物理概念,如质量、惯性矩、长度、力、时间(参见 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,那么现在是花些时间学习数学教科书的时候了)。
也就是说,数学是物理学的工具,并且仅仅是工具。尽管它对物理学的研究很重要,但物理学不仅仅是一场数学练习。它也关于寻找不同的方式来观察物理世界,以及发展对如何预测自然现象的直觉(“事物如何运作”)。读者不必理解在任何数学课程中都教过他们的所有东西。
建议学习的书籍
理论力学中有数量惊人的教科书,因为它是一个相当古老且研究得很透彻的学科。你需要任何一本你可以理解的关于经典力学的教科书,并且它应该很早就讨论“拉格朗日”。(只讨论加速度、力、力矩的书籍可能非常先进,但它们并没有涵盖理论力学的主题。)
- H. Goldstein. Classical mechanics. - 包含了所有标准内容以及一些高级主题。一个古老的经典。
- L.N. Hand, J.D. Finch. Analytical mechanics (Cambridge, 1998). - 对力学更简洁、更具指导意义的阐述。标准材料。
- L. Landau, E. Lifshitz. Mechanics. -- 关于力学简短、清晰、简洁的论述。
- V.I. Arnold. Mathematical methods of classical mechanics. -- 几乎没有标准内容,但对于数学思维更强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
- 牛顿物理学简要回顾
- (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
- 应用和进一步方向的概述
- 中心力场中的运动
- 关于拉格朗日形式主义的更多内容
- 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