力学

原著具有层次分明、说理透彻等优点。原著的修订版(第三版)在保持这些优点的基础上,特别强调矢量分析方法和微积分思想在学习力学课程中的重要性;强调非惯性系中惯性力与引力等效原理，并将此原理应用于非惯性系中的力学问题分析;增加了万有引力定律、引力叠加原理和质点的引力势能等相关内容,将描述质点之间的万有引力定律推广到物体之间的引力和引力势能计算;并重新撰写了变质量系统、两自由度的振动和简振模式等方面的内容。

此次改编的新版继续保持原著的优点和修订版中的修订，基本保留原著第三版中的思考题和习题，对例题作些增删，进一步强调矢量分析方法、微积分思想和惯性力与引力等效原理在力学问题中的应用。除第十章狭义相对论外，对第一至第九章的正文内容作了较多的改动，这些改动及其指导思想体现在以下几个方面。

1.强调物理学统一思想。利用数学工具,由牛顿第二定律和第三定律导出以质点为研究对象的牛顿力学的全部知识内容。(不包括牛顿万有引力定律，它是描述力的性质的规律。)明确指出质点的动量定理、动能定理和角动量定理都是牛顿第二定律的等价形式，并给予证明。体会牛顿力学的系统性、严谨性和完整性，领悟千变万化的力学现象统一于\(F=ma\)。

2.强调从质点到质点系定理或公式推导的普遍法则。普遍法则包括三步:第一步，对单个质点应用物理定理或公式;第二步，区分内力和外力、内力矩和外力矩。第三步，求和，内力和内力矩抵消。质点系是连接质点和刚体的桥梁，质点系的知识内容对于理解刚体力学的知识内容起着重要作用。

3.强调对称性分析推理。对于一个体系，其中的个体或研究对象的物理作用地位或作用机制等同，则它们相应的物理量在公式中呈现的形式完全一样，具有对称性。该思想在公式推导和力学问题分析中常被应用。例如，对于变质量体系，从一个喷口情形到多个喷口和既有喷口又有吸口情形的动力学方程推导;从两个质点的引力势能公式到N个质点的引力势能公式推导。再例如，由对称性分析推理两个质点的质心位置，选择坐标原点得到具有对称性的质心位矢计算公式，由此再由对称性分析推理得到N个质点的质心位矢计算公式。

4.强化运动合成与分解概念。运动叠加原理专门设为一节。详细讨论了质点的实际运动正交分解和非正交分解的区别，以及分解得到的分运动是否具有物理意义。

5.强调质心参考系。质心参考系是一个特殊的并且十分重要的参考系。在质心参考系中的两体正碰图像是理解一切碰撞的基础。要养成在质心参考系中分析力学问题的习惯。要熟悉质心参考系中与一般参考系中的一些物理量之间的关系。

6.强化势能概念。势能对应一对保守力及其做的功之和。势能是一对保守力所作用的两个质点(物体)相对位置的函数，因而与参考系无关。势能差具有物理意义，等于两个质点相对位置变化时这对保守力做的功之和的负值，势能本身可相差一个常量，因而其数值没有绝对的物理意义。势能为这对保守力所作用的两个质点共同拥有、无法分割。一对保守力对应一个势能。

7.阐述简谐振动的统一图像。一般而言，不受外力的保守体系在稳定平衡位置附近的小振动均可以看成简谐振动，其动力学方程可写成简谐振动的统一形式，若势能函数对相对位置坐标的二阶导数不为零。

8.强化波的概念。波的共性来自波动方程的统一形式;由统一的波动方程得到统一形式的解--波函数，揭示了波的传播特性;由\(F=ma\)导出机械波的波动方程，揭示了波的自然特性;以弦上横波为例，由边界条件导出波的振幅反射系数和透射系数，揭示了半波损失的物理原因。驻波不是波，本质上是一种振动。有线长度弦上的驻波为该系统的简正模，相应的频率为该系统的简正频率(固有频率)。

9.体现现代科学技术发展。在介绍单位制时，指出2019年5月20日生效的国际单位制中的基本物理量的基本单位的新定义全部基于物理学常量，各种基本单位的定义不再受限于任何实体，而取决于事物的基本性质和人类技术的测量能力。秒的计量误差主要来自铯原子的热运动引起的多普勒频移，目前发展的激光冷却技术获得的最低温度达\(10^{-11}~K\)，美籍华裔科学家朱棣文在激光冷却技术研究方面的成就于1997年获得诺贝尔物理学奖。我国科学家在引力常量测量研究方面取得的最新进展和我国火箭技术与矢量发动机的研究进展等均在适当之处介绍。

10.重组教材部分内容。例如，按照刚体的运动形式调整刚体力学章节内容。从刚体的平衡到刚体的进动，运动形式从简单到复杂。而刚体的能量、动能定理是质点系的知识内容的自然结果，融合到相关的章节中，不单独成节。

11.增加隆格-楞茨矢量的介绍。基于隆格-楞茨矢量，通过推导展示定律之间的关系，从开普勒三定律导出牛顿万有引力定律;从牛顿万有引力定律导出开普勒三定律。

12.增加导学内容和改编小结内容。各章开头的导学和结尾的小结帮助学生和老师学习和把握教材各章的核心知识内容。

在本书正式出版前，上海交通大学高景教授、东北大学公卫江教授和华中科技大学吴书朝教授审阅了全书，提出了许多珍贵的、非常有建设性的意见和建议，编者在此表示衷心的感谢。在本书的出版过程中得到了高等教育出版社缪可可、马天魁和程福平三位同志的大力支持和帮助，编者在此一并表示感谢。由于编者知识有限，教材中难免出现不妥和错误之处，敬请读者批评指正。