01 / 导读
导读
引用
Chabay, R. W., & Sherwood, B. A. (2015). Matter and Interactions, Volume 1: Modern Mechanics (4th ed.). Wiley.
章节概要
第四版第1卷包括序言、12章，以及各章检查点和奇数题的答案。三个简短的补充材料（气体与热机、半导体器件、波）不在本卷中，而是放在出版社网站上。讲述电与磁相互作用的第2卷从第13章接续编号。
第1章：Interactions and Motion
本章引入运动的矢量描述，把速度当作矢量处理，并开始贯穿全书的动量计算。章末习题包含使用相对论因子的动量计算，因此高速运动从第一章起就是课程的一部分。
第2章：The Momentum Principle
动量原理是本书核心原理中的第一个。本章讲解如何以小时间步长预测运动：计算力，更新动量，再更新位置；并把这种迭代方法与合力恒定时可得的解析解对照。习题中有自由落体问题和速度对时间的图像。
第3章：The Fundamental Interactions
本章介绍为动量原理提供力的基本相互作用，位置在原理本身与随后更贴近日常的接触力之间。
第4章：Contact Interactions
本章讨论物体接触时产生的力。这是较长的一章，其后部的一节（4.14）建立了大气的恒密度模型。
第5章：Determining Forces from Motion
这里推理方向反过来：由观察到的运动推断合力。习题包括绳子悬挂的物体、方块之间的摩擦、受力图，以及合力指向圆心的圆周运动。
第6章：The Energy Principle
本卷核心的第二个原理。本章后部处理逃逸速度和轨道，用到引力常量，习题以焦耳为单位给出功和能量。
第7章：Internal Energy
把能量从整个物体的运动扩展到储存在物质内部的能量，为本卷末尾的热学内容做准备。
第8章：Energy Quantization
介绍原子体系的量子化能级；习题答案以电子伏给出。
第9章：Translational, Rotational, and Vibrational Energy
把能量分为平动、转动和振动部分。本章在较早的一节（9.2）引入转动惯量，并用于转动能。
第10–11章：Collisions；Angular Momentum
碰撞一章把守恒原理用于相互作用的物体，包括一维情形。第三个原理——角动量——在第11章讲述，并配有转动和角速度的习题。使用第五版的读者应注意，该版把角动量原理移到了碰撞之前。
第12章：Entropy: Limits on the Possible
本卷以熵结束，副标题把它表述为对“可能之事”的限制。本章还涉及比热等材料的热学性质。
核心概念
第1–5章：运动与力
- 动量原理：作用在系统上的合力决定其动量变化的快慢。
- 基本相互作用：解释后续各章所用力的基本相互作用。
- 接触相互作用：接触物体之间的力，有专门一章讲述。
第6–9章：能量
- 能量原理：系统能量的变化等于周围环境对它所做的功。
- 内能：储存在物质内部的能量。
- 能量量子化：原子体系的能级。
第10–12章：碰撞、转动、熵
- 碰撞：通过守恒量来分析的相互作用。
- 角动量：与动量原理对应的转动量。
- 熵：最后一章的主题，被表述为对可能之事的限制。
评析
优点
- 按原理组织。 章名围绕动量原理、能量原理和角动量展开。出版社把它描述为强调少数基本原理及由此产生的模型的教材，目录也体现了这一点。
- 从一开始就用计算。 按时间步长预测运动在第2章就已出现；作者网站提供用VPython写的演示程序和VPython入门视频，所以计算建模是课程的一部分，而不是附加内容。
- 力学课中的原子与现代物理。 内能、能量量子化和熵都在同一卷中，相对论动量出现在第1章习题里。出版社把这种对20世纪物理的整合作为设计目标。
- 配套材料。 作者网站链接了Ruth Chabay 2019年的力学讲课视频，其中包括VPython教学；书中还有检查点及其答案和奇数题答案。
局限
- 顺序不同于常规。 目录中没有把运动学、振动或引力作为独立章节，它们被并入按原理组织的各章。沿用传统教学大纲的课程需要自行对照话题与章节。
- 勘误。 作者为第四版维护了一份很长的勘误表，涉及第2章的例题和许多习题答案。依赖书中印刷的答案前请先核对。
- 版本差异。 第五版（2025年，增加两位作者）调整了章节顺序，页码和章节引用不能通用。
- 入门层次的上限。 本卷止于入门层次；拉格朗日和哈密顿方法不在其目录中。
在课程中的定位
在力学课程书单中，本书是一年级教材：一门使用微积分的入门课程，通过动量原理和简单程序来理解守恒原理。它应排在Taylor的《Classical Mechanics》之前（后者是中级课程，以更严谨的数学处理牛顿力学，再讲拉格朗日和哈密顿方法），也在David Morin的《Introduction to Classical Mechanics》之前（一本习题丰富的本科教材）。
Susskind与Hrabovsky的《The Theoretical Minimum》是适合自学的简明讲座式替代读物，很快从牛顿定律讲到拉格朗日和哈密顿的思想。Goldstein的《Classical Mechanics》是研究生层次的处理。Smits的流体力学教材以及书单中的工程材料力学著作讨论可变形介质，这是本卷不涉及的。
如何使用本书
本书面向开始学习使用微积分的物理课程的物理、工程及其他理科学生。所说的预备知识是中学物理和微分学入门课程（或同时修读微积分）。
实用的阅读计划：
- 核心： 按顺序读第1–6章。它们建立矢量、动量原理、力和能量原理，之后每一章都依赖这些内容。
- 接着： 读讲述物质、量子化和转动的第7–9章；然后是第10–11章，注意上文关于版本的说明。
- 收尾： 第12章讲熵，为本卷提供热学方面的结尾。
- 同时： 编写或运行与第2章及后面能量各章对应的VPython程序，阅读时使用检查点，并把解答与勘误表核对。