01 / 導讀
導讀
引用
Kleppner, D., & Kolenkow, R. (2013). An Introduction to Mechanics (2nd ed.). Cambridge University Press.
章節概要
第二版共14章，566頁，另有前言、寫給教師的說明“To the Teacher”、部分習題的提示與答案，以及物理和天文資料附錄。出版社稱這是一個重新編排的版本，面向具備數學基礎的一、二年級本科生，保留了初版的大量例題、有挑戰性的習題和豐富的插圖。各章從向量與運動學出發，經過動力學和轉動，最後到相對論。
第1–2章：Vectors and Kinematics；Newton's Laws
從描述運動的數學開始，再進入定律本身。開篇一章包含關於微分量（differentials）的一節，說明從最初幾頁起就要用到微積分。
第3–5章：Forces and Equations of Motion；Momentum；Energy
先把力建立為運動方程，再講支撐全書大部分內容的兩條守恆原理：動量和能量。
第6章：Topics in Dynamics
一章動力學的進階專題，位於守恆定律與轉動之間。
第7–8章：Angular Momentum and Fixed Axis Rotation；Rigid Body Motion
轉動先從定軸情形引入，再推廣到一般的剛體運動。
第9章：Non-Inertial Systems and Fictitious Forces
講加速和轉動參考系中的運動，以及其中出現的慣性力（虛擬力）。
第10–11章：Central Force Motion；The Harmonic Oscillator
中心力運動是軌道問題的背景，諧振子在較靠後的一章中單獨討論。
第12–14章：The Special Theory of Relativity；Relativistic Dynamics；Spacetime Physics
全書以三章相對論結束：狹義相對論、相對論動力學，以及時空物理一章。出版社把黑洞列入新例題所涉及的近期話題。
核心概念
- 向量與微分量：描述運動的數學工具（第1章）。
- 運動方程：牛頓定律對力的應用（第2–3章）。
- 動量與能量守恆：組織全書大部分內容的原理（第4–5章）。
- 定軸轉動與剛體運動：延展物體的角動量（第7–8章）。
- 慣性力：非慣性系中的表觀力（第9章）。
- 中心力與諧振子：第10–11章。
- 狹義相對論與時空：第12–14章。
評析
優點
- 例題與有挑戰性的習題。 出版社強調書中有大量例題、有挑戰性的習題和豐富的插圖；全書共有241道習題和675幅黑白插圖。
- 對自學的支援。 第二版為部分章末習題增加了“Hints, Clues and Answers”一節，使較難的習題更便於獨自嘗試；教師可獲得題解手冊。
- 更新的例題。 據出版社介紹，新例題涉及雷射減速原子、系外行星和黑洞等近期進展。
- 重新編排的呈現。 出版社稱，這一版經過重新編排，以使思路更流暢。
侷限
- 僅限力學。 內容限於牛頓力學和相對論，不涉及熱物理、波動和電磁學，因此不能代替完整的入門物理教材。
- 初學者會覺得吃力。 本書面向數學基礎紮實的學生，其有挑戰性的習題不適合需要溫和入門的讀者。
- 目錄中沒有拉格朗日和哈密頓方法。 打算學習分析力學課程的學生需要另備資料。
在課程中的定位
在入門物理課程中，Kleppner與Kolenkow是要求更高的力學教材。Halliday的Fundamentals of Physics、Young的University Physics、Tipler與Mosca的Physics for Scientists and Engineers以及Serway與Jewett的Principles of Physics等基於微積分的綜合教材，以較平緩的節奏涵蓋全部入門物理；Hewitt的Conceptual Physics和OpenStax的College Physics 2e則是數學要求較低的代數基礎或概念性的第一門課程。Kleppner與Kolenkow適合手頭已有一本標準綜合教材、想更深入學習力學的學生。
練習方面，Gnädig、Honyek與Riley的200 Puzzling Physics Problems是附有提示和完整解答的高難度習題集，與本書自然搭配。Feynman的Lectures on Physics為同一內容提供概念性的視角。在本課程之外，Taylor的Classical Mechanics這類中級教材會繼續講到拉格朗日和哈密頓方法。
如何使用本書
本書適合已學過入門物理、熟悉單變數微積分的、學有餘力的一、二年級物理、工程和數學專業學生；接觸過向量和簡單微分方程會更有利。
一學期課程的實用讀法：按順序學習第1–5章，因為向量、牛頓定律和守恆原理是後面一切的基礎。第7–9章學習轉動和非慣性系，第10–11章與相對論各章（第12–14章）之間按課程需要取捨。先讀前言和簡短的“To the Teacher”，瞭解作者的意圖。不要跳過習題，習題正是本書的要點：先自己嘗試，對選定的習題參考書後的提示與線索，最後再核對答案。
只通過代數基礎課程接觸過力學的讀者，應先複習向量和微積分，再從第1章開始，其中關於微分量的一節引入了後面各章所依賴的微積分。學完核心內容後，可以回到轉動各章（第7–8章）把章末習題再做一遍；全書14章共有241道習題。