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内容简介

　　《力学教程（下）》是作者多年来在清华大学给物理系、基础科学班、电子工程系等本科生授课的基础上，吸取国内外同行的经验并结合自己教学研究的成果总结而成。包括牛顿力学和相对论力学两部分。
　　《力学教程（下）》突出理论体系架构，对牛顿理论体系做了较深入的分析和讨论。
　　《力学教程（下）》强调非惯性系的意义和规律，加强了连续介质力学和波动力学两大部分。
　　《力学教程（下）》以爱因斯坦假设和狭义相对论为根据，系统讨论广义相对论的史瓦西场。教学中遇到的疑难问题书中都做了详尽的讨论。
　　《力学教程（下）》可作为高等学校物理专业以及其他理、工专业本科生的教材或参考书，也可以供相关教师参考。

内页插图

目录

第7章 连续介质力学
7．1 应力和应变
7．1．1 应力
7．1．2 应变
7．1．3 胡克定律——应力和应变的关系
7．2 固体拉伸、弯曲、扭转
7．2．1 等截面直杆的拉压
7．2．2 矩形梁纯弯曲
7．2．3 圆柱扭转
7．2．4 允许应力、强度计算
7．3 流体静力学
7．3．1 静止流体内应力
7．3．2 静止流体平衡方程
7．3．3 重力场中的静流体
7．3．4 液体表面张力
7．3．5 用流体静力学方法讨论潮汐高度
7．4 流体的定常流动
7．4．1 描述流体运动的两种方法
7．4．2 定常流动和不定常流动
7．4．3 连续性方程——质量守恒定律
7．4．4 定常流动流体的动量定理
7．5 理想流体动力学
7．5．1 理想流体基本方程——欧拉方程
7．5．2 伯努利方程
7．5．3 伯努利方程的应用
7．5．4 可压缩理想气体绝热定常流动的伯努利方程
7．5．5 理想流体的环量定理（开尔文定理）
7．6 粘滞流体的流动
7．6．1 流体粘滞性规律
7．6．2 粘滞流体中的应力
7．6．3 粘滞流体的运动规律
7．6．4 湍流、雷诺数
7．6．5 边界层
7．7 流体中运动物体受到的阻力
7．7．1 不可压缩理想流体中运动的物体
7．7．2 粘滞流体中运动物体所受阻力
7．7．3 阻力系数、球体阻力
7．7．4 具有环量的运动物体受到的侧向力——机翼升力、茹可夫斯基公式、马格努斯效应
习题
附录7．1 开尔文定理的证明

第8章 振动和波
8．1 一维线性系统无阻尼自由振动、简谐振动
8．1．1 动力学方程及其通解
8．1．2 初始条件和确定解
8．1．3 能量关系、势能曲线和相图
8．1．4 由能量关系求振动规律
8．1．5 简谐振动
8．2 阻尼振动
8．2．1 考虑滑动摩擦阻力的弹簧振子系统的运动
8．2．2 阻力与速度成正比的阻尼振动微分方程及其通解
8．2．3 欠阻尼振动
8．3 受追振动和自持振动
8．3．1 受迫振动的稳态解
8．3．2 受迫振动振幅与频率的关系、位移共振
8．3．3 稳态受迫振动的功能关系、速度共振
8．3．4 自持振动
8．4 振动的合成与分解
8．4．1 线性系统的叠加原理
8．4．2 同频且振动方向相同的简谐振动或标量简谐振动的合成
8．4．3 振动方向相同而频率不同的简谐振动的合成、拍
8．4．4 振动方向互相垂直谐振动的合成
8．4．5 振动分解、谐波分析
8．5 简谐波
8．5．1 波动
8．5．2 简谐波的描述
8．5．3 建立一维简谐波表达式
8．5．4 一维简谐波表达式
8．5．5 平面简谐波与球面简谐波
8．5．6 简谐波的复数表示、复振幅
8．6 波动方程与波速
8．6．1 固体中弹性纵波
8．6．2 固体中弹性横波
8．6．3 流体中声波
8．6．4 弦上横波
8．6．5 水面波
8．6．6 一维线性波动方程
8．6．7 相互作用的传播
8．7 波的能量传输
8．7．1 波的能量密度
8．7．2 能流和能流密度
8．7．3 声强和声强级
8．8 波的衍射、反射和折射
8．8．1 惠更斯原理
8．8．2 反射和折射定律
8．8．3 垂直入射时反射和透射波的振幅与位相
8．9 多普勒效应
8．9．1 运动波源在介质中产生的波动
8．9．2 运动接收器测量到的振动频率
8．9．3 普遍的多普勒效应
8．9．4 冲击波
8．10 简谐波的叠加和非简谐波的传播
8．10．1 波的独立传播和叠加原理
8．10．2 简谐波的叠加
8．10．3 非简谐波的分解、谐波分析
8．10．4 非简谐波的传播
8．10．5 群速度
8．11 驻波
8．11．1 单频驻波
8．11．2 两端固定有界弦的自由波动、简正模式
8．11．3 其他边界条件的简正模式
8．11．4 弦的受迫波动——驻波的应用1
8．11．5 质点弹簧系统的运动——驻波的应用2
8．12 非线性振动和混沌简介
8．12．1 一维振动系统
8．12．2 杜芬方程
8．12．3 李雅普诺夫指数和费根鲍姆常数
习题
附录8．1 惠更斯等时摆
附录8．2 质点弹簧系统的例子和计算
……

第9章 狭义相对论基础
第10章 广义相对论物理基础

附录A 标量场和矢量场
附录B 常用数据

习题答案
参考文献

前言/序言

　　本书是基础物理学（普通物理学）中力学部分的教材，包括经典力学的牛顿力学系统和相对论力学基础，
　　物理学是研究物质世界组成、运动、变化的最普遍、最基本的规律的科学.物理学由物质的组成和物质之间的相互作用出发，解释自然现象，揭示自然的奥秘，研究自然的变化规律，物理学是整个自然科学的基础，基本的物理学定律、物理学原理是一切自然过程都遵循的，物理学的研究方法、实验手段也是整个自然科学领域的基本研究方法和实验手段.物理学家费曼指出：“物理学是最基本的、包罗万象的一门学科，它对整个科学的发展有深远的影响.事实上，物理学是与过去所谓的‘自然哲学’相当的现代名称，现代科学大多数就是从自然哲学中产生的，许多领域内的学生都发现自己正在学习物理学，这是因为它在所有的现象中起着基本的作用，”①
　　物理学是理论与实验相结合的科学，物理思想、物理规律都来自物理实验.物理学不是／抽象的思维游戏，也不是单纯的数学运算、公式推导，而是对客观世界运动规律的分析和研究.物理学来自客观世界，又要接受客观世界的检验，因此物理学的理论必须而且应该与日常生活、生产实践和科学研究相联系，所有重要问题都要符合实际，要重视物理量的量级和公式的应用条件.这是物理学最重要的特点.
　　力学曾是物理学中创立最早、成熟最早的部分，现已发展成为一门完整的与物理学并立的独立学科，而力学的基本原理仍然是物理学的重要基础.本书作为普通物理的第一部分，突出力学基础理论、深挖事物发展和变化的本质、强调对物理过程的分析、加强物理性质的图像化理解.
　　虽然经典力学是成熟的理论，取得了辉煌的成就，但绝不是完美无缺的，仍有局限性，在基本概念和理论体系上还存在一些疑难和不确定性，还有发展和改进的余地.
　　对基本原理的阐述和学习是很难的事情，需要花大工夫下大力气.正如19世纪末赫兹在《力学原理》的序言中写到：“我有这样的经验，要向肯动脑筋的听众阐明力学的真正基本的内容，而不会不时感到为难，不会一再激起歉意，不想尽快跨过原理部分而向他们讲述一些应用的例子，那是极端困难的一件事.”
　　本书着重在以下几个方面做了一些努力：
　　1.对牛顿定律等基本原理、基本概念和基本方法做比较深入的讨论和分析.对其中一些疑难和争议提出自己的看法和意见，
　　2.对惯性定律、惯性系、惯性力有一些新的体会和见解，导致这些内容都有较大改变，明确提出非惯性系相应的运动定律和运动定理.
　　3.对经典力学教学中的重点和难点都着重分析、讨论，有些以前难以在基础力学中解释的重要问题如陀螺的章动等，也在基本原理的基础上做了简化讨论.
　　4.质点和质点系的功能原理、动量定理、角动量定理的应用比牛顿力学要普遍和有效得多，而且贯穿于整个力学、物理学中，因此在教学中突出功能原理、动量定理、角动量定理.
　　5.淡化刚体力学的地位，理顺刚体力学教学系统，精炼和加强刚体力学的内容，
　　刚体只是一个特殊的质点系，在刚体力学中并没有新的基本原理，只是质点系角动量定理、功能原理、动量定理的应用，因此没有单独作为一章，由于重新安排了教学系统和讨论方法，所以虽然在本书中刚体力学只占一节，但是不仅讨论了一般教材里的刚体力学内容，而且还增加了章动、刚体定点角动量L与角速度叫的关系、欧拉方程等介绍性内容.
　　6.加强连续介质力学，增加了应力、应变、广义胡克定律、固体形变等.
　　在后续的理论力学课程中一般没有连续介质力学内容，因此本书对此适当加强.一般普通物理力学教材中很少涉及应力、应变、固体形变等，本书对此怍认真讨论.
　　7.加强振动和波动
　　在后续的理论力学课程中一般也没有振动和波动内容，因此本书对此适当加强，普通物理力学教材中一般只推导弹性棒内纵波波动方程，本书从应力、应变、广义胡克定律出发，对固体弹性波、流体声波的波动方程作认真的推导.水面波是少数可以直接观察的波动，本书对水面波进行了较全面的分析.
　　8.广义相对论的物理基础
　　以等效原理和广义相对性原理为基础，以爱因斯坦关于钟、尺假设为根据，依靠狭义相对论知识，本书尝试用普通物理的语言和方式，系统、完整、定性和半定量地讨论了广义相对论的基本原理、史瓦西场时空、自由粒子的运动、常加速度内禀刚性加速系，介绍了大爆炸宇宙学.
　　9.考虑与理论力学的联系、衔接或贯通，与理论力学作为一个整体通盘考虑，内容优化组合.整合的重点是将原来理论力学中的牛顿力学部分去掉，其主要内容分别融合到普物力学和分析力学中.
　　作为大学物理教材，应该而且必须为学生留有充分的自主学习空间，因此相对而言本书内容更广泛和深入，参考本书的同学，可以根据自己的目标、能力、兴趣、爱好，以及能够利用的时间，阅读相应的部分.
　　书中融合了清华大学高炳坤教授关于惯性系的思想；“振动和波”一章重点参考了清华大学牟绪程教授的《波动与光学》（上册）；特此表示感谢.
　　感谢陈泽民老师为组长的清华大学基础课工科多学时教学小组老师们的支持和帮助.
　　本书是我在清华大学多年教学的总结.教学相长是亘古不变的道理，书中也包含了学习我的课程的几千清华学子的聪明才智，
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