第1章 诗外功夫
1.1 系统思维:以目的为导向认知事物
1.1.1 还原论:认知始于分而治之
1.1.2 系统论:带着目的进行分析
1.1.3 形式化:系统的表示和控制
1.2 力学系统:物质时空与场的关系网
1.3 矢量分析:力学量的推理计算工具
1.3.1 几何性质:整合大小和方向属性
1.3.2 代数运算:矢量的分解、合成、转化
1.3.3 线性空间:几何和代数相辅相成
1.3.4 空间分布:自变量是矢量的情况
1.3.5 旋转变换:以直角坐标系为例
1.3.6 坐标变换:关注邻域性质关系
1.4 表示空间:空间分类及表示形式
1.5 本章小结
1.6 习题
第2章 质点运动
2.1 描述现象:基于定量测量的运动学
2.1.1 变化:运动现象的本质
2.1.2 变量:位移、速度与加速度
2.1.3 描述:参考系与坐标系
2.2 解释机制:基于因果关系的动力学
2.2.1 牛顿三大运动定律:质点运动的因果规律
2.2.2 伽利略相对性原理:牛顿定律成立的条件
2.2.3 非惯性参考系的动力学:加速参考系的惯性力
2.2.4 力的常见数学形式:典型力学问题的求解
2.2.5 微分方程的积分解:力和力矩的时空积累
2.2.6 有心力下的动力学:行星运动与粒子散射
2.3 增加对象:多质点共同运动的情况
2.3.1 质心运动:集体运动的抽象代表
2.3.2 守恒定律:质点之间的零和博弈
2.3.3 两体问题:双质点的有心力运动
2.3.4 动态增减:质量变化体系的运动
2.3.5 位力定理:集体运动的长期行为
2.4 限定结果:当质点的运动受到约束
2.4.1 约束条件:质点运动的前提
2.4.2 广义坐标:在约束下描述运动
2.5 本章小结
2.6 习题
第3章 分析力学
3.1 最速降线:路径选择登上历史舞台
3.2 运动解释:选择作用量最小的路径
3.3 动力方程:基于拉格朗日函数的力学
3.4 对称操作:如何寻找系统的守恒量
3.5 哈密顿量:时间对称性与能量守恒
3.6 动力方程:基于哈密顿量的力学体系
3.6.1 相空间:提高表示维度、降低粒子数目
3.6.2 正则方程:在相空间建立动力学方程
3.6.4 刘维尔定理:系统初态对运动的影响
3.7 泊松括号:统一处理物理量的变化
3.8 洛伦兹力:拉格朗日函数中的矢量势
3.9 正则变换:更换正则方程中的坐标
3.10 简化求解:哈密顿-雅可比方程
3.11 持续发展:核心价值观的力学启示
3.12 本章小结
3.13 习题
第4章 刚体运动
4.1 限定对象:物质分布恒定的连续体
4.2 描述现象:刚体运动的平动与转动
4.2.1 平行移动:整体的自由平动
4.2.2 定点转动:整体的自由旋转
4.2.3 一般运动:平动与转动叠加
4.3 解释机制:刚体运动的动力学方程
4.3.1 矢量视角:主动力和主动力矩
4.3.2 标量视角:完整约束的保守系
4.3.3 混合视角:解决真实复杂问题
4.4 实践项目:刚体运动的计算机模拟
4.4.1 科学计算:力学问题的程序化方案
4.4.2 连杆系统:多刚体耦合运动的模拟
4.4.3 蝴蝶效应:混沌摆的运动不稳定性
4.5 本章小结
4.6 习题