IET教育基金高等教育係列教材·力學世界：力學和熱學導論（中文版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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奧萊尼剋 著，李椿，陶如玉 譯

圖書標籤:

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• 大學
• 理工科
• 入門

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301054369

版次：1

商品编码：10593071

包装：平装

开本：16开

出版时间：1995-12-01

页数：391

正文语种：中文

內容簡介

為提高中國大學生英語交流能力，同時瞭解國外教學情況，推動英漢雙語教學，美國IET基金會與中國教育電視颱決定共同建設“IET大學基礎課程英語教學係列教材”。
本物理教本是美國加州理工學院為非物理專業學生編寫的。近年來，美國有247所大學選用本教材。教材配有音像課件、教師教學參考書、學生參考書等。

目錄

Chapter 1 INTRODUCTION TO THE MECHANICAL UNIVERSE（PROGRAM 1）
Chapter 2 THE LAW OF FALLING BODIES（PROGRAM 2）
Chapter 3 DERIVATIVES（PROGRAM 3）
Chapter 4 INERTIA（PROGRAM 4）
Chapter 5 VECTORS（PROGRAM 5）
Chapter 6 NEWTONS LAWS（PROGRAM 6）
Chapter 7 INTEGRATION（PROGRAM 7）
Chapter 8 THE APPLE AND THE MOON（PROGRAM 8）
Chapter 9 MOVING IN CIRCLES（PROGRAM 9）
Chapter 10 FORCES（PROGRAM 10）
Chapter 11 GRAVITY，ELECTRICITY，AND MAGNETISM（PROGRAM 11）
Chapter 12 THE MILLIKAN OIL-DROP EXPERIMENT（PROGRAM 12）
Chapter 13 THE LAW OF CONSERVATION OF ENERGY（PROGRAM 13）
Chapter 14 ENERGY AND STABILITY（PROGRAM 14）
Chapter 15 TEMPERATURE AND THE GAS LAWS（PROGRAM 45）
Chapter 16 THE ENGINE OF NATURE（PROGRAM 46）
Chapter 17 ENTROROPY（PROGRAM 47）
Chapter 18 THE QUEST FOR LOW TEMPERATURES（PROGRAM 48）
Chapter 19 THE CONSERVATION OF MOMENTUM（PROGRAM 15）
Chapter 20 HARMONIC MOTION（PROGRAM 16）
Chapter 21 RESONANCE（PROGRAM 17）
Chapter 22 COUPLED OSCILLATORS AND WAVES（PROGRAM 18）
Chapter 23 ANGULAR MOMENTUM（PROGRAM 19）
Chapter 24 GYROSCOPES（PROGRAM 20）
Chapter 25 KEPLESS LAWS AND THE CONIC SECTION（PROGRAM 21）
Chapter 26 SOL VING THE KEPLER PROBLEM（PROGRAM 22）
Chapter 27 ENERGY AND ECCENTRICITY（PROGRAM 23）
Chapter 28 NAVIGATING IN SPACE（PROGRAM 24）
Chapter 29 LOOSE ENDS AND BLACK HOLES（PROGRAM 25）
Chapter 30 THE HARMONY OF THE SPHERES：AN OVERVIEW OF THE MECHANICAL UNIVERSE
（PROGRAM 26）
Appendix A THE INTERNATIONAL SYSTEM OF UNITS
Appendix B CONVERSION FACTORS
Appendix C FORMULAS FROM ALGEBRA，GEOMETRY，AND TRIGONOMETRY
Appendix D ASTRONOMICAL DATA
Appendix E PHYSICAL CONSTANTS
SELECTED BIBLIOGRAPHY
Index

前言/序言

《物理學導論：經典力學與熱力學基礎》 （本書旨在為初學者係統構建經典物理學的核心框架，不涉及IET教育基金高等教育係列教材中“力學世界：力學和熱學導論”的具體內容，而是提供一個全新視角的入門指南。） --- 第一章 測量的藝術與運動的描述 1.1 物理學的本質與研究範疇 物理學是探索物質、能量、空間和時間之間基本關係的科學。本書首先界定物理學的基本概念，區分宏觀現象與微觀世界的研究方法。我們將探討物理學如何通過數學語言精確地描述自然規律，並強調理論模型與實驗驗證之間的相互作用。 1.2 基礎量與單位製 精確的科學始於精確的測量。本章深入解析國際單位製（SI）的七個基本量（米、韆剋、秒等）及其導齣量。我們將詳細討論單位換算的規範和重要性，強調在物理計算中保持量綱一緻性的必要性。引入有效數字的概念，訓練讀者理解測量誤差和不確定性對結果可靠性的影響。 1.3 運動學的基本概念 運動是宇宙永恒的主題。本章從一維運動開始，定義位移、速度和加速度。著重區分平均速度與瞬時速度的數學錶述。通過嚴謹的極限過程，導齣描述勻加速直綫運動的運動學方程組，並分析拋體運動作為二維運動的典型實例。拋體運動的分析將側重於分解獨立方嚮上的運動，展示矢量分析在描述空間運動中的威力。 1.4 矢量：幾何與代數 運動和力本質上都是矢量。本節係統介紹矢量的概念、加減法（三角形法則與平行四邊形法則），並著重講解矢量的分解與閤成。重點闡述直角坐標係下的分量錶示法，為後續的力學分析奠定數學基礎。同時，引入矢量乘法中的點積（標量積）和叉積（矢量積），解釋它們在計算功和力矩中的物理意義。 --- 第二章 動力學的基石：牛頓定律的普適性 2.1 慣性參考係與力的概念 在深入研究“為什麼”物體運動會改變之前，必須確立一個閤適的研究框架。本章首先定義慣性參考係，並討論非慣性係中錶觀力的引入。力被定義為引起物體運動狀態改變的物理量，強調力的矢量性和相互性。 2.2 牛頓第一定律：慣性與平衡 牛頓第一定律是經典力學的哲學基石，它確立瞭物體保持勻速直綫運動或靜止狀態的條件。本節將探討慣性質量的概念，並分析物體在不受外力或閤外力為零時的運動狀態。通過分析靜力學平衡問題，鞏固矢量閤力的應用。 2.3 牛頓第二定律：質量、力和加速度的關係 這是動力學的核心定律。詳細闡述 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 的矢量形式及其在不同參考係下的應用。我們將通過實際案例，如斜麵上的物體、連接體的運動（如阿特伍德機），演示如何建立精確的受力圖（Free-Body Diagram）並運用方程求解加速度。重點分析質量的意義——它不僅是慣性量度，也是引力相互作用的量度。 2.4 牛頓第三定律：相互作用與守恒 第三定律揭示瞭力的本質是相互作用。詳細討論作用力與反作用力的配對關係，強調它們作用在不同物體上，因此不能相互抵消。應用第三定律分析繩索、彈簧和接觸力的性質。 2.5 常見的作用力分析 本章末尾專門用於係統化分析日常生活中遇到的重要作用力：重力、支持力（法嚮力）、摩擦力（靜摩擦與動摩擦）以及張力。詳細討論摩擦力的特性，尤其是靜摩擦力的最大值與實際受力之間的關係。 --- 第三章 功、能與守恒：係統性能的量化描述 3.1 功的定義與計算 功是能量轉移的量度。本章從恒力做功的簡單定義 $ ext{W} = mathbf{F} cdot mathbf{d}$ 開始，推廣到變力做功的積分形式 $ ext{W} = int mathbf{F} cdot dmathbf{r}$。重點分析力和位移方嚮夾角對做功的影響，並區分正功、負功和零功的物理情景。 3.2 動能與動能定理 動能（Kinetic Energy）是描述物體運動狀態的標量。本節推導並應用動能定理（閤外力做的功等於物體動能的變化量），展示能量觀點在求解復雜運動問題時的簡潔性，尤其是在力與位移不平行的情景下。 3.3 勢能：保守力的內稟屬性 保守力（如重力和彈簧力）的做功與路徑無關，這使得引入勢能（Potential Energy）成為可能。詳細定義重力勢能和彈性勢能的參考點選取與變化量計算。勢能本質上是係統內物體之間相互作用的“儲存形式”。 3.4 機械能守恒定律 當係統僅受保守力作用或非保守力做功為零時，係統的總機械能（動能加勢能之和）保持不變。本章通過大量實例，如單擺、彈簧振子在保守場中的運動，演示如何運用機械能守恒解決運動學難以處理的問題。 3.5 能量的普遍守恒 超越機械能的範疇，本章引入非保守力（如摩擦力）對能量的影響，從而推廣到更普適的能量守恒原理：係統機械能的減少量等於非保守力做的功，或更一般地，總能量（包括內能、熱能等）保持不變。 --- 第四章 動量、衝量與碰撞動力學 4.1 動量與衝量 動量 $mathbf{p} = mmathbf{v}$ 是描述物體質量和速度的矢量。衝量 $I$ 定義為力在時間內的纍積效應，它是改變動量的量度。本節推導動量定理：衝量等於動量的變化，這是牛頓第二定律的另一種等效形式，尤其適用於分析短時間內的大力作用。 4.2 動量守恒定律 在係統所受的閤外力為零（或遠小於係統內部相互作用力）的隔離係統中，總動量保持不變。本章將動量守恒定律推廣到多粒子係統，並分析火箭推進等實際應用。 4.3 碰撞的分析 碰撞是動量守恒的典型應用場景。根據碰撞中機械能是否守恒，將碰撞分為完全非彈性碰撞、非彈性碰撞和彈性碰撞。 非彈性碰撞： 動能有損失，但動量守恒。分析質心係下的相對運動。 彈性碰撞： 動量和總機械能均守恒。導齣碰撞後兩物體速度的通用公式，特彆關注一維和二維彈性碰撞的特殊情況。 4.4 質心（重心）的概念與運動 質心是描述復雜係統整體運動的關鍵點。本章定義質心坐標，並證明質心遵循的運動規律——質心加速度隻取決於作用在係統上的外力閤力，與係統內部的運動狀態無關。質心運動的分析為理解復雜係統的宏觀行為提供瞭強大的工具。 --- 第五章 熱力學導論：溫度、熱量與宏觀係統 (注：本部分內容側重於宏觀熱現象的描述和基礎定律的應用，與微觀統計物理學的具體模型（如理想氣體分子運動論的深入推導）保持距離，旨在構建熱力學的經典框架。) 5.1 溫度與溫度計的構建 溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。本章引入溫度的宏觀概念，解釋溫度計的工作原理，並詳細討論不同溫標（攝氏、華氏、開爾文）之間的轉換公式，強調絕對零度的物理意義。 5.2 熱平衡與熱力學第零定律 熱力學第零定律是溫度概念的邏輯基礎：如果兩個係統分彆與第三個係統達到熱平衡，則它們彼此之間也處於熱平衡。這一定律保證瞭溫度測量的閤理性。 5.3 熱量的傳遞方式 熱量（Heat）是由於溫差而傳遞的能量。本章係統介紹熱量傳遞的三種基本方式： 傳導（Conduction）： 分子碰撞和自由電子移動，介紹傅裏葉熱傳導定律的基本形式。 對流（Convection）： 流體運動引起的宏觀能量轉移，描述其在自然界中的普遍性。 輻射（Radiation）： 電磁波形式的能量傳遞，簡要提及斯特藩-玻爾茲曼定律。 5.4 熱容量與比熱容 熱容量是係統吸收熱量後溫度升高的難易程度的量度。定義熱容量 $C$ 和比熱容 $c$。詳細討論定容比熱 $c_v$ 和定壓比熱 $c_p$ 的區彆及其在不同物質中的應用，包括水的反常高比熱。 5.5 物質的相變 物質在固、液、氣態之間轉變（熔化、凝固、汽化、凝結）是重要的熱力學過程。引入熔化熱和汽化熱（潛熱）的概念，解釋在相變過程中，係統吸收或釋放熱量但溫度保持恒定的物理原因。 --- 第六章 熱力學第一定律：能量的守恒與轉化 6.1 內能的概念與狀態函數 內能 $U$ 是係統內部所有粒子無規則運動和相互作用的能量總和。強調內能是係統的狀態函數，其變化量隻依賴於初始和最終狀態，與過程無關。 6.2 功的另一種形式：體積功 在熱力學中，功通常錶現為體積的變化。定義壓力 $P$ 與體積 $V$ 相關的功 $W = int P dV$。分析等壓、等容過程中的功的計算。 6.3 熱力學第一定律的錶述 熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力學過程中的具體體現：係統內能的增加等於係統吸收的熱量減去係統對外做的功 ($Delta U = Q - W$)。本章詳細分析準靜態過程和循環過程中的第一定律應用。 6.4 絕熱過程與等溫過程 探討在特殊約束條件下（$Q=0$ 或 $Delta T=0$）第一定律的簡化形式，並分析這些過程在氣體膨脹與壓縮中的意義。 6.5 熱力學過程的圖示：P-V圖 介紹壓力-體積（P-V）圖，理解麯綫下麵積代錶功的物理意義。通過在P-V圖上繪製等壓綫、等溫綫等，直觀理解不同熱力學路徑的特點。 --- 附錄：基礎數學工具迴顧 微積分基礎迴顧（求導與定積分） 矢量代數運算（投影與矢量分解） 常用物理常數錶與單位換算參考。

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評價三 我之前對力學和熱學的印象，總覺得它們是需要大量死記硬背公式的學科，讀這本書之前，甚至有些畏懼。然而，這本書徹底改變瞭我的看法。它並沒有把重點放在羅列公式上，而是非常注重概念的理解和物理思想的培養。在講解每一個力學定律或熱力學過程時，都會先深入剖析其背後的物理本質，以及它所能解決的實際問題。例如，在講解牛頓第二定律時，作者花瞭大量的篇幅去解釋“力”、“質量”和“加速度”之間的關係，強調瞭力的矢量性以及加速度的方嚮，而不是簡單地給齣 F=ma 這個公式。 Similarly, 在熱學部分，對能量守恒的闡述，不僅僅是冰冷的數學錶達，更是對宇宙能量轉化和守恒這一宏觀規律的深刻洞察。這本書教會我的是如何去“思考”物理問題，而不是簡單地“套用”公式。這對於培養我的科學素養和解決實際問題的能力，有著長遠的意義。

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評價一 這本書的裝幀設計，從封麵到內頁，都透露著一種嚴謹而又不失親和的學術氣息。封麵上“力學世界：力學和熱學導論”這幾個字，用一種沉穩的字體呈現，仿佛在邀請讀者進入一個充滿奧秘的物理殿堂。翻開書頁，紙張的質感相當不錯，厚實且略帶啞光，閱讀起來眼睛不容易疲勞，這一點對於長時間學習的學生黨來說，簡直是福音。排版布局也非常閤理，公式、圖示和文字之間的間隔恰到好處，不會讓人覺得擁擠。尤其是那些示意圖，綫條清晰，標注明確，即使是對抽象的物理概念，也能通過這些圖示得到一個直觀的理解。我尤其喜歡書中一些曆史小故事的穿插，比如牛頓發現萬有引力定律的趣聞，或者熱力學第一定律發展過程中的一些爭論，這些內容不僅增添瞭閱讀的趣味性，更讓知識的來龍去脈變得鮮活起來，仿佛能感受到科學傢們當年探索未知的熱情。總的來說，從編輯和設計層麵來看，這本書無疑是一本用心之作，為接下來的深度學習打下瞭良好的基礎。

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評價五 總體而言，這本書在邏輯嚴謹性和知識深度上都做得相當齣色，但又巧妙地避免瞭學術論文那種晦澀難懂的風格。作者在闡述復雜概念時，往往會先給齣簡明的定義和核心思想，然後再逐步深入，引入數學模型和推導過程。這種結構安排，讓我在理解上不會感到突兀。例如，在介紹能量守恒定律時，作者首先從宏觀角度闡述瞭能量不能憑空産生也不能憑空消失的哲學意義，然後纔引入瞭數學公式，並且詳細解釋瞭公式中各項代錶的物理意義。這種理論與實踐相結閤的講解方式，讓我對力學和熱學的認識更加深刻和係統。尤其是一些章節的末尾，作者會進行章節總結，梳理本章的核心概念和重要結論，並且會指齣這些知識點在後續章節中的應用，這對於建立完整的知識體係非常有幫助。雖然內容量不少，但得益於良好的組織和清晰的講解，整個閱讀過程都比較流暢。

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評價四 這本書的習題設計，可以說是“量身定製”，與課本內容的高度契閤，讓我印象深刻。題目類型非常豐富，既有基礎的鞏固題，幫助我檢查對概念的掌握程度，也有一些需要綜閤運用多個知識點纔能解決的難題，極大地鍛煉瞭我的分析和解決問題的能力。更值得稱贊的是，很多題目都來源於實際的工程或者生活場景，比如關於橋梁的受力分析，或者關於內燃機的工作原理，這些都讓我覺得學習物理不再是脫離實際的空談，而是與我們的生活息息相關的。最關鍵的是，書中提供瞭一些關鍵習題的詳細解答和思路分析，這對於我這個自學的讀者來說，簡直是無價之寶。能夠對照解析，理解自己齣錯的原因，並學習到更優的解題方法，大大提升瞭我的學習效率。這種“學以緻用”的導嚮，讓我覺得這本書是真的能幫助我掌握這門學科。

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評價二 這本書的敘述方式，我個人覺得非常巧妙。它不像某些教材那樣，上來就堆砌一堆高深的公式和定義，而是循序漸進，從大傢都能理解的日常生活現象齣發，引齣背後深刻的力學原理。比如，講到慣性的時候，會用汽車突然刹車時人為什麼會嚮前傾的例子；講到功和能的時候，會用舉起重物和推車前進的對比。這種“接地氣”的引入方式，極大地降低瞭學習門檻，讓原本可能枯燥的物理概念變得生動有趣。而且，作者在解釋一些關鍵概念時，會反復從不同角度進行闡述，有時候還會巧妙地運用類比，這對於我這樣初次接觸這些知識點的讀者來說，幫助太大瞭。感覺作者就像一位經驗豐富的老師，總是能找到最貼切的比喻，把最難懂的知識點解釋得明明白白。即使遇到一些稍顯復雜的數學推導，作者也會在推導前給齣清晰的邏輯框架，並在推導過程中給齣必要的提示，讓人不會迷失在符號的海洋裏。

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全国普通高等学校优秀教材一等奖

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非常好的一本书，京东配送也不错!读书是一种提升自我的艺术。“玉不琢不成器，人不学不知道。”读书是一种学习的过程。一本书有一个故事，一个故事叙述一段人生，一段人生折射一个世界。“读万卷书，行万里路”说的正是这个道理。读诗使人高雅，读史使人明智。读每一本书都会有不同的收获。“悬梁刺股”、“萤窗映雪”，自古以来，勤奋读书，提升自我是每一个人的毕生追求。读书是一种最优雅的素质，能塑造人的精神，升华人的思想。 　　读书是一种充实人生的艺术。没有书的人生就像空心的竹子一样，空洞无物。书本是人生最大的财富。犹太人让孩子们亲吻涂有蜂蜜的书本，是为了让他们记住：书本是甜的，要让甜蜜充满人生就要读书。读书是一本人生最难得的存折，一点一滴地积累，你会发现自己是世界上最富有的人。 　 读书是一种感悟人生的艺术。读杜甫的诗使人感悟人生的辛酸，读李白的诗使人领悟官场的腐败，读鲁迅的文章使人认清社会的黑暗，读巴金的文章使人感到未来的希望。每一本书都是一个朋友，教会我们如何去看待人生。读书是人生的一门最不缺少的功课，阅读书籍，感悟人生，助我们走好人生的每一步。 　 书是灯，读书照亮了前面的路；书是桥，读书接通了彼此的岸；书是帆，读书推动了人生的船。读书是一门人生的艺术，因为读书，人生才更精彩！ 读书，是好事；读大量的书，更值得称赞。 读书是一种享受生活的艺术。五柳先生“好读书，不求甚解，每有会意，便欣然忘食”。当你枯燥烦闷，读书能使你心情愉悦；当你迷茫惆怅时，读书能平静你的 心，让你看清前路；当你心情愉快时，读书能让你发现身边更多美好的事物，让你更加享受生活。读书是一种最美丽的享受。“书中自有黄金屋，书中自有颜如 玉。” 　 一位叫亚克敦的英国人，他的书斋里杂乱的堆满了各科各类的图书，而且每本书上都有着手迹。读到这里是不是有一种敬佩之意油然而升。因为“有了书，就象鸟儿有了翅膀”吗！ 　 然而，我们很容易忽略的是：有好书并不一定能读好书。正如这位亚克敦，虽然他零零碎碎地记住了不少知识，可当人家问他时，他总是七拉八扯说不清楚。这里的原因只有一个，那就是他不善长于读书，而只会“依葫芦画瓢”。 朱熹说过：“读书之法，在循序渐进，熟读而精思。” 　 所谓“循序渐进”，就是学习、工作等按照一定的步骤诼渐深入或提高。也就是说我们并不要求书有几千甚至几万，根本的目的在于对自己的书要层层深入，点点掌握，关键还在于把握自己的读书速度。至于“熟读”，顾名思义，就是要把自己看过的书在看，在看，看的滚瓜烂熟，，能活学活用。而“精思”则是“循序渐进”，“熟读”的必然结果，也必然是读书的要决。有了细致、精练的思索才能更高一层的理解书所要讲的道理

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教育基金高等教育系列教材·力学世界力学和热学导论（中文版）书的样子有什么好独特的呢:..奥莱尼克1.奥莱尼克细心的读者将会注意到，这是一本几乎每页都分成上下两栏的书，因为全书没有一页下方没有脚注！扣掉前言两页、目次页、各章标题页和各章都附的参考书目，这本两百六十七页的专书每一页下面都有脚注，而且还都不只一个，至少都有两个或两个以上。事实上，根据表一的统计，各章的每页平均脚注数目不一，但最少也有三个，多的还有四个以上，全书平均则是接近四个而且很不符合一般学术专书()惯例的是，这本书的每一章后面都单独附有参考书目，由表一可见，光光参考书目就占了59页，是全书的20%篇幅，而且在章与章的书目之间根本缺乏整合，重复的项目不胜枚举不仅如此，这些在各章之间被重复征引的专书或论文，在各章第一次出现在各页下方脚注的时候，其完整的时地数据还是会再被不厌其烦地注记一次。脚注加上书目，这使得单单作者、书名、时地、页码之类的讯息就占了全书没有一半、至少也有三分之一强的页面空间。往好处想，这是种对读者极端友善的作法，因为读者几乎不论何时看到一条数据被引用，都不需要再翻查很远才能得知完整出处，而且一而再、再而三地看到同样的出处信息，也能帮助入门的读者反复学习，有加深印象的效果。不过，万一读者不如预期的那样需要被启蒙的话，只要稍微熟悉人文社会学术状况的读者，可能不难看出，这是将原先已经的期刊论文草率集结成书的结果[9]，而不是一个有计划、有效率的专书契约会产生的现象，为提高中国大学生英语交流能力，同时了解国外教学情况，推动英汉双语教学，美国基金会与中国教育电视台决定共同建设大学基础课程英语教学系列教材。本物理教本是美国加州理工学院为非物理专业学生编写的。近年来，美国有247所大学选用本教材。教材配有音像课件、教师教学参考书、学生参考书等。所以才会出现各章在彼此征引的时候（页13、112、118），甚至都不知道应该加注「该文现已收入本书第章」。这些格式上的紊乱与资源的浪费，社编辑和原作者只怕都难辞其咎。

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书的质量很好，快递也很快

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表一

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力学世界是一本 很好的书，深入浅出的描述了诸多力学现象