3小时读通牛顿力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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向量
　　三角函数
　　惯性定律
　　运动方程式
　　作用力与反作用力
　　动量与冲量
　　力矩
　　能量守恆……

　　学习牛顿力学，最头痛的问题！

　　从熘滑梯探讨斜面运动，
　　从脚踏车探讨圆周运动，
　　打棒球认识动量，
　　拖行李了解摩擦力，
　　电梯上升下降使体重忽重忽轻，
　　单摆的力学能守恆
　　可怕的滑轮问题……
　　日常生活中的牛顿力学无所不在，
　　会画力学图，就会解题！




 

《3小时读通牛顿力学》：一本关于经典力学的深度解析 本书旨在为读者提供一个全面而深入的牛顿力学入门体验，它不仅是一本介绍性读物，更是一次对人类认识世界基础的系统梳理。我们深入探讨了构成经典物理学的核心概念、定律以及它们在宏观世界中的应用，旨在帮助读者建立起坚实的物理思维框架。 第一部分：构建力学的基石——概念与工具 牛顿力学建立在对时间和空间的精确描述之上。本书首先从运动学（Kinematics）入手，这是对物体运动几何特性的研究，不涉及运动产生的原因。 时空观的建立：我们会详细阐述牛顿的绝对时空观。时间被视为独立于任何外部事件而均匀流逝的标尺，空间则是三维的、欧几里得的、绝对的背景。我们将分析如何使用位移、速度和加速度这三个核心量来精确描述一个物体的位置、变化率及其变化的速度。尤其重要的是对矢量（Vector）概念的引入和运用，它不仅包含了大小，更包含了方向，是处理实际物理问题的语言。 惯性参考系：理解牛顿定律的前提是确定一个合适的观察视角。我们将剖析惯性系（Inertial Frame of Reference）的定义及其重要性。一个惯性系是相对于其他惯性系保持匀速直线运动的参考系，在这个系中，不受外力作用的物体将保持静止或匀速直线运动。 力的本质与测量：力是导致物体运动状态改变的原因。本书将深入探讨力的概念，从最初的推、拉等宏观描述，过渡到更抽象的数学表述。我们将介绍力的合成与分解，并着重讲解如何通过实验来量化力的作用，这为后续的定律建立铺平了道路。 第二部分：牛顿运动定律的深度剖析 本书的核心在于对牛顿三定律的全面、系统、深入的阐释。我们不仅仅是罗列这些定律，而是挖掘其背后的物理意义和适用范围。 第一定律：惯性定律：这一定律确立了惯性的概念。我们将探讨惯性是物体固有的属性，它与物体的质量（Mass）直接相关。质量不再仅仅是物质的量度，更是物体抵抗运动状态改变的度量。我们将通过大量的实例，展示在没有摩擦力或阻力的情况下，物体如何保持其初始运动状态。 第二定律：加速度与力的关系：这是整个经典力学的数学核心。我们将详细推导和阐释公式 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 的深刻含义。它是一个矢量方程，意味着合外力与加速度的方向一致，且大小成正比。我们不仅会展示如何使用它来计算单个物体的运动，还会探讨动量（Momentum, $mathbf{p} = mmathbf{v}$）的概念，并将第二定律重新表述为动量对时间的变化率 $mathbf{F} = frac{dmathbf{p}}{dt}$，这为处理变质量系统（如火箭推进）提供了更强大的工具。 第三定律：作用与反作用：这一定律揭示了力的相互性。任何两个物体之间的相互作用力总是大小相等、方向相反，并且作用在不同物体上。我们将详细分析“作用力与反作用力”对的性质，它们永远不会相互抵消，这对理解系统的守恒律至关重要。 第三部分：经典力学的应用与扩展 掌握了三大定律后，本书将带领读者进入实际问题的求解和更广阔的物理图景。 重力与引力：我们将从地球表面的重力（Weight）开始，探讨物体受到的引力如何影响其运动。随后，我们将宏观地转向万有引力定律，分析行星运动的规律，并将开普勒定律视为牛顿引力定律的必然推论。我们将探讨引力在构建太阳系模型中的核心地位。 功、能与效率：为了更优雅地解决复杂的动力学问题，本书引入了能量的概念。功（Work）被定义为力在位移方向上的累积效应。由此导出了动能（Kinetic Energy）和势能（Potential Energy）。我们将深入探讨机械能守恒定律，理解在保守力做功的系统中，总机械能保持不变，这极大地简化了对复杂振动和碰撞问题的分析。 碰撞与守恒律：我们将分析物体间的相互作用，特别是碰撞过程。根据第三定律，系统所受的合外力为零时，动量守恒定律自然成立。我们将区分弹性碰撞和非弹性碰撞，并展示动量守恒在处理爆炸、反冲等问题中的强大威力。在更高阶的讨论中，我们还会引入角动量（Angular Momentum）的概念及其守恒性，解释旋转物体的动力学行为。 振动与波动的初步认识：虽然系统动力学是本书的主体，但我们也会简要介绍简谐运动（Simple Harmonic Motion）——弹簧振子和单摆的运动。这是理解自然界中周期性现象的基础，也是过渡到更高级物理学（如波动理论）的桥梁。 总结：从宏观到微观的过渡 本书的终极目标是让读者不仅能“使用”牛顿力学，更能“理解”牛顿力学的局限性。我们将回顾在高速（接近光速）和微观（原子尺度）下，经典力学逐渐失效的领域，从而为读者自然地引出相对论和量子力学的研究方向，将经典力学置于整个物理学史的恰当位置。通过严谨的逻辑推导和丰富的实例分析，读者将掌握描述日常宏观世界运动规律的强大工具。

作者简介

小峯龙男 Tatsuo Komine

　　1953年生于东京。1977年毕业于东京电机大学工学部机械工学专业。曾任职于东京电机大学高中部，为NPO法人组织科学技术立国创生推进会会员。日文着作丰富，包括：《开始吧！愉快的电子实验》、《电子实验基础》、《机械工程基础》、《流体力学基础》、《制图基础》、《机构学结构与基础》、《电子回路结构与基础》等。

译者简介

龚恬永

　　2002年毕业于国立交通大学电子工程学系。JLPT N1满分，日文藏书量达一整面墙并持续增加，喜爱透过原文书吸收第一手文字资讯、品味该语言特有语感，并学习同为资源匮乏海岛型国家的世界强国日本，以及北欧高福利小国的小至日常思维大至社会构造与国家运作，作为小我价值观与处世的指引与借镜。欲贡献所学所识于社会，而开始兼职译者，包括英日、中日互译，领域涵盖科技翻译、专利翻译及一般领域。

 

前言

第一章    力学的第一步
1-1    力学、力与运动的关系
1-2    力是使物体形状及运动状态的原因
1-3    惯性与质量：物体运动的倾向
1-4    决定物体重量的要素  重量与重力
1-5    我们生活在重力与惯性之中  重力场与惯性座标系
1-6    书桌上的书所受到的力－力的作用，作用力与反作用力
1-7    摩擦力是在物体接触面之间产生的相对运动
1-8    描述物体的运动－质点与座标系
1-9    速率与速度  纯量与向量
1-10    测量的规定  物理量与单位
1-11    跟孩子玩投球的秘诀  抛球运动
1-12    向量的表示法与运用
1-13    力与力矩平衡  施力在刚体上
1-14    作功使物体移动
1-15    能量是作功的能力  能量的形式和能量守恆
1-16    改变物体运动状态的动量  动量守恆定律40
专栏    日常生活中，到处都是力学实验室

第二章    物体的运动
2-1    赛跑运动  基本的平面运动
2-2    速度的国际标准SI单位  速度的单位与换算
2-3    等速度运动的范例
2-4    图像化解题  等速度运动
2-5    另类的解题思考  如何活用作图
2-6    汽车发动、行驶到停止  加速度运动
2-7    以等加速度行驶的车子  等加速度运动公式
2-8    等加速度运动的计算，范例(1)  公式解题
2-9    等加速度运动的计算，范例(2)  作图解题
2-10  重力作用的垂直向下运动  自由落体
2-11  铅直下抛‧铅质上抛      铅直方向的加速度运动
2-12  铅直抛体运动的练习  练习运用公式
2-13  徒手开根号  直式开方法
2-14  向上斜抛的球如何运动？    斜向抛射运动
2-15  认识三角函数      三角函数基本介绍
2-16  仰角45度可抛球最远    斜向抛射范例解说
2-17  云霄飞车的速度  斜面的运动
专栏 速度与我们的感受

第三章    力与运动
3-1    自然界的四大基本作用力  抵抗力来自电磁力
3-2    力的各种作用  力的种类
3-3    力的合成与分解  向量作图
3-4    作用于同一点之力的平衡  合力为零
3-5    重力‧重量的单位  牛顿还是公斤？
3-6    静者恆静，动者恆动  牛顿第一运动定律
3-7    质量与加速度  牛顿第二运动定律
3-8    作用力与反作用力，非惯性系统的运动  牛顿第三运动定律
3-9    探讨电梯的运动  惯性力与运动方程式
3-10  力与运动：电梯与重物  电梯的力学问题
3-11  接触面上阻碍运动的力  摩擦力
3-12  推车的运动  非惯性座标系的摩擦力
3-13  斜面上物体的运动  斜面与摩擦
3-14  拔河的胜负关键在于摩擦力  摩擦力的探讨
3-15  探讨圆形轨道上的运动  等速圆周运动
3-16  圆周运动的作用力  向心力
3-17  转弯时身体感受到的力  离心力
3-18  使物体旋转的能力  力矩
3-19  寻找我们身边的力矩    简单的计算范例
3-20  物体受力的力平衡  力的平衡与重心
3-21  推动箱子，但不可倒下  重点在箱子的底面积
3-22  力矩的作用    力偶与力矩
专栏    力矩与 Torque

第四章    功与能量
4-1    实际体验功的定义  力学的功
4-2    功的厨房实验  力与功
4-3    作功不轻松  动滑轮与组合滑轮
4-4    利用三角形作功的智慧  斜面的作功
4-5    功与能量的关系
4-6    古典力学的物体能量    力学能
4-7    弹簧的功与能  弹性能
4-8    重力为保存能量的力    力学守恆定律
4-9    云霄飞车的运动    运用能量守恆定律
4-10  秋千的摆动    单摆的能量守恆定律
4-11  摩擦力消耗能量  非保存力
4-12  力学能与热能  作功与热
4-14  热量守恆  热力学第一定律
4-15  能量转换与脚踏车煞车  热与作功
4-16  能量大小与作功速率  功率
4-17  差动滑车的作功  功率的计算
专栏    地下铁轨道的节能对策

第五章    动量与冲量
5-1    动量显示物体运动的惯性  动量守恆定律
5-2    动量与动能  功式的变形
5-3    能量的作功与冲量  计算范例
5-4    物体的碰撞与反弹  恢复系数
5-5    自由落体的反弹高度  自由落体的恢复系数
5-6    碰撞是重心接近再远离的运动    碰撞后的速度
5-7    求碰撞后的速度  碰撞的验证
5-8    斜向弹性碰撞  平面的碰撞
5-9    打棒球与飞机的行进  动量的思考
5-10  水与空气的运动  流体力学
5-11  水管的水与喷射引擎  流体的动量
5-12  水道的冲击及冲击式水车  流体的冲击力
5-13  流体力学的运用  上升力与下压力

索引189
 

前言

　　本书以物理学的入门「牛顿力学」为主题，希望读者能先将全文从头到尾快速读过一遍，为此特别绘制了容易阅读的插图。

　　力学涵盖各种不同的领域。在本书中，将以小学至高中的理科或物理课程中所涵盖的「力」、「能量」、「运动」等基本观念为主。也就是称为牛顿力学、古典力学的范畴。

　　日常生活与力学之间有着密不可分的关系。在学校里学习力学的时间并不充足，大多都以解题结束课程。因此，想必对于一些人来说，力学就维持在似懂非懂的状态，留下的只是艰深的印象。

　　我想要计画写这本书的契机，是因为我认识了一个小学四年级的女孩。编辑人员向我说明此书企划的大约两週前，有一个曾经阅读同一家出版社发行之「流体力学」相关书籍的学生，打电话到我家。

　　女孩对我说，「由于春假的功课，我正在查询『浮力』相关资料，有些问题想向您请教。」听说女孩的住址，原来就在我过去生活圈附近，于是隔天我跟她约在她家附近的公立图书馆，在大厅角落的座位区，就这样聊了约一个小时。

　　女孩热衷地查询了许多资料，事先准备的几个问题，都很切中核心，我也尽可能地以简单的词句回答。

　　如果今天是在教高中生，可以列出算式，向学生说明「因为这样，所以会浮起来」、「因为这样，所以会沉下去」就结束了，但当时我一边说明一边思考，不知道是否究竟能让小学生理解多少的情况下，对方还能完全理解我的说明，着实令我欣慰。而拿到本书的企划案，正是我刚刚经历过这样的体验没多久的事情。

　　因此在这本书中，我会尽量避开严格的定义及冗长的算式，希望对于力学有困难印象的人，都能够理解的方式，去说明与呈现。抱着这样的期待，我提笔写下第一章。相信各位读者经过略读，就可以概略性地了解本书所涵盖的内容。

　　然而，从第二章开始，我不得不利用相当篇幅列出许多算式。这是因为力学的说明，最少篇幅的必要算式与例题，还是无法避免的。在这些算式中，我并未使用数学高程度的计算，而仅仅使用一般算术来解答问题。

　　所以，我在说明文中特别注意避开一些数学专用术语，如「把…微分、把…积分…、把…内插」等。

　　但如果实在没有其他更好的说明方式，我还是会使用三角函数。思考三角函数让许多人刚起步就跌倒，是令人讨厌力学的元兇，因此本书于三角函数的篇幅中，特别设立了「懂了就会」的简易部份。

　　力学中重要的向量，我不会使用向量记号F箭头标示。不严格要求向量符号箭头方向，因此使用插画代之，不致于产生太大的困扰。

　　关于文中的名词，参考编辑的建议，也使用读者较易阅读的标示方式。

　　此外，我将搬运脚踏车、搬运行李等日常生活中常接触的现象简化，作为力学的模型。

　　这种种的用心，都是为了能让读者顺利从头读到最后，也是本书的出发期望。各位读者读完本书，若能感到「力学其实也不是这么困难！」我将感到非常荣幸。

　　文末，再次感谢给我此次执笔机会，并提供诸多建言及鼓励的科学编辑部中右文德先生，还有为了支援读者的理解而绘制示意图，将算式细心排版的制作人员。在此表达我由衷的感谢。

 

日常生活中，到处都是力学实验室
 
我们即使什么都不做，只坐在椅子上，也有地球重力造成的力的效果。骑脚踏车前进，能体验到地表上几乎所有的运动状态。搭电梯，可以在短时间内体验到重力变化形成的运动。此外，去游乐园搭乘骑乘玩具中最具代表性的云霄飞车，还可以体验到日常生活中体验不到的力学现象。
 
第一章里简单地书明了本书欲涵盖的事情，以及与其关联的我们日常生活上体验得到的事情。所以，几乎没有使用最被大家所惧怕的数学公式。
 
可惜的是，第二章以后数式与计算就会跑出来。这，我建议各位实际栋栋看身体与自己的感觉做比较，或是骑会儿脚踏车确认一下运动的状态。
 
力学是将事情单纯化，假设这样就只会变成这样的法则，套用法则去思考现象。将视情单纯化，可能会出现很多不符合现实状态的理想假设，例如：不考虑摩擦、不考虑抵抗力。所以，若各位感到理想假设下的计算结果与现实不符，可以将该答案想成1.5倍、2倍、1/1.5倍、1/2倍试试看。这种方法称作补正，并非随便凑数。
 
橡皮筋，厨房的磅秤，脚踏车，使用类似这种身边的东西来做实验看看吧。
 
能量是作功的能力－能量的形式和能量守恆
 
在力学里定义能量为作功的能力。这里作功的能力是什么呢？
 
对准已经部分钉进木板内的钉子的头部，手握铁球举起至某一高度后放手让铁球落下与钉子碰撞，钉子则被完全钉入木板内。透过这一连串的动作思考铁球的活动，一度举起而作功，然后落下，作功将钉子钉入。也就是说，被举起直到碰撞到钉子的前一刻为止，铁球存在于「能够作功的状态，但实际上未作功」。能够但是不作，这代表作功的能力，亦即能量。

评分☆☆☆☆☆

我的物理启蒙可以说是一段充满曲折的经历。学生时代，物理课上的那些公式和推导总是让我头疼不已，感觉像是被困在了一个巨大的迷宫里。虽然我知道牛顿力学是现代科学的基石，但一直以来，我都没有找到一个能够真正“点亮”我思路的入口。直到我偶然看到了这本书的标题，那句“3小时读通”的承诺，让我眼前一亮。这是一种多么大胆而又充满诱惑力的宣言啊！我无法想象，在如此短暂的时间里，如何能真正“读通”一个如此重要的科学体系。但这正是我所需要的——一种高效、精炼、能够快速掌握核心知识的学习方式。我期待这本书能够以一种前所未有的视角，剥离那些不必要的繁琐，直击牛顿力学的本质。我希望它能够像一位经验丰富的向导，带领我穿越那些曾经让我迷失的迷宫，用清晰的逻辑和独到的见解，让我迅速地掌握牛顿运动定律、万有引力定律等核心概念，并能理解它们之间的内在联系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题就像一股清流，瞬间击中了我的痛点。长久以来，我一直想深入了解牛顿力学的奥秘，但每次拿起相关的书籍，都会被厚重的篇幅和复杂的公式吓到。总觉得那些高深的理论离我太遥远，难以掌握。而“3小时读通”这个承诺，无疑是在黑暗中点燃了一盏明灯，让我看到了希望。我脑海中构想的，是一本能够将繁杂的概念化繁为简，用最精炼的语言和最直观的方式，将牛顿力学的核心原理和应用淋漓尽致地展现出来的书籍。我希望它能带领我穿越时间和空间的阻隔，领略智者们思想的光辉。我期待这本书能像一位循循善诱的老师，一步步引导我，让我从零开始，逐渐理解惯性、力和运动的关系，掌握万有引力定律的魅力，并能体会到这些看似古老的定律在现代科技中所扮演的关键角色。我想象着，在阅读的过程中，我的思维会随着作者的引导而不断 Bouncing，最终豁然开朗，对牛顿力学产生一种全新的、更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我当时是被这个“3小时”的说法给吸引了。我是一个工作非常忙碌的人，平时根本没有大块的时间来啃读那些需要花费大量精力去学习的书籍。我渴望能够快速地掌握一些基础的科学知识，以便在与人交流或者遇到一些生活中的物理现象时，能够有自己的见解。所以，当我在书店看到这本书时，我脑海里立刻闪过了“这个简直是为我量身定做的”这样的想法。我期待这本书的作者拥有一种化繁为简的神奇能力，能够将牛顿力学这个庞大而复杂的体系，用最简洁、最直接的方式呈现出来。我希望它不是那种堆砌公式和理论的枯燥读物，而是能够用生动有趣的语言，配以精美的插图，将那些抽象的概念变得形象化，让读者在轻松愉快的阅读体验中，不知不觉地吸收知识。我甚至想象着，在读完这本书后，我可以自信地与朋友们讨论一些关于运动、力、引力的问题，而不再感到茫然无措。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的时候，我带着一种既期待又忐忑的心情。毕竟，“3小时读通”这个说法，对于一个对牛顿力学感到既敬畏又畏惧的普通读者来说，实在是太有吸引力了，但同时也伴随着一种“真的可能吗？”的疑问。我一直在寻找一本能够帮助我快速建立起对物理世界基本认知的书。我希望它不是那种需要我花费数周甚至数月才能读完的教科书，而是能够让我在一两个下午的时间里，就能对牛顿力学的核心思想有一个清晰的掌握。我设想中的这本书，应该会用一种非常接地气的方式来解释那些抽象的物理概念，也许会用我们生活中的例子，比如抛物线的轨迹，比如推一个箱子所需的力，来引出相关的物理原理。我期待它能够有效地打消我过去学习物理时产生的畏难情绪，让我重新燃起对科学探索的热情。我希望能在这本书的引导下，真正理解“力的作用是相互的”，“作用力与反作用力”等等这些听起来耳熟但具体含义却模糊不清的概念。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当吸引人，有一种严谨而又不失活力的感觉。我一直对物理学，尤其是经典力学，怀有浓厚的兴趣，但又常常被那些冗长晦涩的理论所劝退。当我看到“3小时读通”这个标签时，我第一反应是有些怀疑，毕竟牛顿力学体系浩瀚庞杂，怎么可能在这么短的时间内“读通”？但出于好奇和对科学知识的渴求，我还是毫不犹豫地入手了。拿到书的那一刻，我迫不及待地翻开，一股浓厚的知识气息扑面而来，纸张的质感和印刷的清晰度都让我感到非常满意，这为我接下来的阅读体验打下了良好的基础。我期待着这本书能以一种前所未有的方式，将那些曾经令我头疼的物理概念变得浅显易懂，让我能够在短暂的时间内，对牛顿力学的核心思想有一个清晰的认知。我尤其希望书中能够用一些生动形象的比喻和贴近生活的例子来解释那些抽象的原理，这样可以大大降低学习的门槛，让我这个非科班出身的爱好者也能轻松领会其精髓。