01 / 导读
导读
引用
Kleppner, D., & Kolenkow, R. (2013). An Introduction to Mechanics (2nd ed.). Cambridge University Press.
章节概要
第二版共14章，566页，另有前言、写给教师的说明“To the Teacher”、部分习题的提示与答案，以及物理和天文数据附录。出版社称这是一个重新编排的版本，面向具备数学基础的一、二年级本科生，保留了初版的大量例题、有挑战性的习题和丰富的插图。各章从矢量与运动学出发，经过动力学和转动，最后到相对论。
第1–2章：Vectors and Kinematics；Newton's Laws
从描述运动的数学开始，再进入定律本身。开篇一章包含关于微分量（differentials）的一节，说明从最初几页起就要用到微积分。
第3–5章：Forces and Equations of Motion；Momentum；Energy
先把力建立为运动方程，再讲支撑全书大部分内容的两条守恒原理：动量和能量。
第6章：Topics in Dynamics
一章动力学的进阶专题，位于守恒定律与转动之间。
第7–8章：Angular Momentum and Fixed Axis Rotation；Rigid Body Motion
转动先从定轴情形引入，再推广到一般的刚体运动。
第9章：Non-Inertial Systems and Fictitious Forces
讲加速和转动参考系中的运动，以及其中出现的惯性力（虚拟力）。
第10–11章：Central Force Motion；The Harmonic Oscillator
中心力运动是轨道问题的背景，谐振子在较靠后的一章中单独讨论。
第12–14章：The Special Theory of Relativity；Relativistic Dynamics；Spacetime Physics
全书以三章相对论结束：狭义相对论、相对论动力学，以及时空物理一章。出版社把黑洞列入新例题所涉及的近期话题。
核心概念
- 矢量与微分量：描述运动的数学工具（第1章）。
- 运动方程：牛顿定律对力的应用（第2–3章）。
- 动量与能量守恒：组织全书大部分内容的原理（第4–5章）。
- 定轴转动与刚体运动：延展物体的角动量（第7–8章）。
- 惯性力：非惯性系中的表观力（第9章）。
- 中心力与谐振子：第10–11章。
- 狭义相对论与时空：第12–14章。
评析
优点
- 例题与有挑战性的习题。 出版社强调书中有大量例题、有挑战性的习题和丰富的插图；全书共有241道习题和675幅黑白插图。
- 对自学的支持。 第二版为部分章末习题增加了“Hints, Clues and Answers”一节，使较难的习题更便于独自尝试；教师可获得题解手册。
- 更新的例题。 据出版社介绍，新例题涉及激光减速原子、系外行星和黑洞等近期进展。
- 重新编排的呈现。 出版社称，这一版经过重新编排，以使思路更流畅。
局限
- 仅限力学。 内容限于牛顿力学和相对论，不涉及热物理、波动和电磁学，因此不能代替完整的入门物理教材。
- 初学者会觉得吃力。 本书面向数学基础扎实的学生，其有挑战性的习题不适合需要温和入门的读者。
- 目录中没有拉格朗日和哈密顿方法。 打算学习分析力学课程的学生需要另备资料。
在课程中的定位
在入门物理课程中，Kleppner与Kolenkow是要求更高的力学教材。Halliday的Fundamentals of Physics、Young的University Physics、Tipler与Mosca的Physics for Scientists and Engineers以及Serway与Jewett的Principles of Physics等基于微积分的综合教材，以较平缓的节奏涵盖全部入门物理；Hewitt的Conceptual Physics和OpenStax的College Physics 2e则是数学要求较低的代数基础或概念性的第一门课程。Kleppner与Kolenkow适合手头已有一本标准综合教材、想更深入学习力学的学生。
练习方面，Gnädig、Honyek与Riley的200 Puzzling Physics Problems是附有提示和完整解答的高难度习题集，与本书自然搭配。Feynman的Lectures on Physics为同一内容提供概念性的视角。在本课程之外，Taylor的Classical Mechanics这类中级教材会继续讲到拉格朗日和哈密顿方法。
如何使用本书
本书适合已学过入门物理、熟悉单变量微积分的、学有余力的一、二年级物理、工程和数学专业学生；接触过矢量和简单微分方程会更有利。
一学期课程的实用读法：按顺序学习第1–5章，因为矢量、牛顿定律和守恒原理是后面一切的基础。第7–9章学习转动和非惯性系，第10–11章与相对论各章（第12–14章）之间按课程需要取舍。先读前言和简短的“To the Teacher”，了解作者的意图。不要跳过习题，习题正是本书的要点：先自己尝试，对选定的习题参考书后的提示与线索，最后再核对答案。
只通过代数基础课程接触过力学的读者，应先复习矢量和微积分，再从第1章开始，其中关于微分量的一节引入了后面各章所依赖的微积分。学完核心内容后，可以回到转动各章（第7–8章）把章末习题再做一遍；全书14章共有241道习题。