经典力学

赵亚溥

目录

  • 1 预备课 数学知识
    • 1.1 0.1 行列式、矢量的代数运算(一)
    • 1.2 0.2 行列式、矢量的代数运算(二)
    • 1.3 0.3 行列式、矢量的代数运算(三)
    • 1.4 0.4 行列式、矢量的代数运算(四)
    • 1.5 0.5 一元函数的微积分(上)
    • 1.6 0.6 一元函数的微积分(中)
    • 1.7 0.7 一元函数的微积分(下)
    • 1.8 0.8 多元函数的微积分(一)
    • 1.9 0.9 多元函数的微积分(二)
    • 1.10 0.10 多元函数的微积分(三)
    • 1.11 0.11 多元函数的微积分(四)
  • 2 第一章 经典力学概览
    • 2.1 1.1 经典力学——牛顿力学、拉格朗日力学、哈密顿力学
    • 2.2 1.2 经典力学的三个组成部分以及所联系的空间(上)
    • 2.3 1.3 经典力学的三个组成部分以及所联系的空间(下)
    • 2.4 1.4 直线运动 (Rectilinear Motion)
    • 2.5 1.5 平面曲线运动 (Curvilinear Motion)
    • 2.6 1.6 引力波介绍(上)
    • 2.7 1.7 引力波介绍(下)
    • 2.8 1.8 经典力学和几何光学之间的类比性
    • 2.9 1.9 一般曲线运动
    • 2.10 1.10 佯谬
    • 2.11 1.11 最小作用量原理(上)
    • 2.12 1.12 最小作用量原理(中)
    • 2.13 1.13 最小作用量原理(下)
    • 2.14 1.14 何谓经典力学?
    • 2.15 1.15 经典力学和几何光学之间的类比性,最小作用量原理
    • 2.16 1.16 黎曼度规张量与非欧几何简介(Lamé常数)
  • 3 第二章 牛顿力学与思想实验
    • 3.1 2.1 托里拆利小号佯谬
    • 3.2 2.2 思想实验: 镞矢之疾、飞矢不动、芝诺佯谬
    • 3.3 2.3 思想实验:伽利略相对性原理(一)
    • 3.4 2.4 思想实验:伽利略相对性原理(二)
    • 3.5 2.5 思想实验:伽利略相对性原理(三)
    • 3.6 2.6 思想实验:伽利略相对性原理(四)
    • 3.7 2.7 开普勒三大行星定律(上)
    • 3.8 2.8 开普勒三大行星定律(中)
    • 3.9 2.9 开普勒三大行星定律(下)
    • 3.10 2.10 Laplace-Runge-Lenz (LRL) 矢量
    • 3.11 2.11 牛顿的《自然哲学的数学原理》和三大运动定律(上)
    • 3.12 2.12 牛顿的《自然哲学的数学原理》和三大运动定律(中)
    • 3.13 2.13 牛顿的《自然哲学的数学原理》和三大运动定律(下)
    • 3.14 2.14 三体问题的由来和新进展
    • 3.15 2.15 平方反比定律(上)
    • 3.16 2.16 平方反比定律(下)
    • 3.17 2.17 牛顿壳层定理、地球内外的引力势(上)
    • 3.18 2.18 牛顿壳层定理、地球内外的引力势(下)
    • 3.19 2.19 转动中的力学(一)
    • 3.20 2.20 转动中的力学(二)
    • 3.21 2.21 转动中的力学(三)
    • 3.22 2.22 转动中的力学(四)
    • 3.23 2.23 爱因斯坦的电梯思想实验
    • 3.24 2.24 惯性质量、引力质量与等效原理(上)
    • 3.25 2.25 惯性质量、引力质量与等效原理(下)
    • 3.26 2.26 应用汤川势对平方反比定律的修正
    • 3.27 2.27 惯性张量表达式的推导(上)
    • 3.28 2.28 惯性张量表达式的推导(下)
    • 3.29 2.29 朗道《力学》选讲
    • 3.30 2.30 牛顿的水桶思想实验
    • 3.31 2.31 马赫原理
    • 3.32 2.32 爱因斯坦、贝索、马赫“三人戏剧”
    • 3.33 2.33 时间平均的概念
    • 3.34 2.34 位力定理(上)
    • 3.35 2.35 位力定理(下)
    • 3.36 2.36 力学相似性
    • 3.37 2.37 四种虚拟力
    • 3.38 2.38 惯性张量
    • 3.39 2.39 微小振动
    • 3.40 2.40 系统的振动
  • 4 第三章 拉格朗日力学
    • 4.1 3.1 拉格朗日量、拉格朗日函数、拉格朗日方程(上)
    • 4.2 3.2 拉格朗日量、拉格朗日函数、拉格朗日方程(下)
    • 4.3 3.3 应用拉格朗日方程证明诺特定理(上)
    • 4.4 3.4 应用拉格朗日方程证明诺特定理(中)
    • 4.5 3.5 应用拉格朗日方程证明诺特定理(下)
    • 4.6 3.6 瑞利耗散函数、力-电类比(上)
    • 4.7 3.7 瑞利耗散函数、力-电类比(下)
    • 4.8 3.8 虚位移、虚功原理、广义力(上)
    • 4.9 3.9 虚位移、虚功原理、广义力(下)
    • 4.10 3.10 达朗贝尔原理、从达朗贝尔原理出发推导拉格朗日方程(上)
    • 4.11 3.11 达朗贝尔原理、从达朗贝尔原理出发推导拉格朗日方程(下)
    • 4.12 3.12 运动积分、运动常数
    • 4.13 3.13 达朗贝尔原理
    • 4.14 3.14 约尔丹原理
    • 4.15 3.15 高斯最小约束量原理
    • 4.16 3.16 拉格朗日量的性质(上)
    • 4.17 3.17 拉格朗日量的性质(下)
    • 4.18 3.18 从拉格朗日方程出发重新审视伽利略不变性
    • 4.19 3.19 伽利略变换与伽利略群
    • 4.20 3.20 弦的振动与音乐的和谐(上)
    • 4.21 3.21 弦的振动与音乐的和谐(中)
    • 4.22 3.22 弦的振动与音乐的和谐(下)
    • 4.23 3.23 膜的振动
    • 4.24 3.24 弛豫时间
    • 4.25 3.25 相对论力学(一)
    • 4.26 3.26 相对论力学(二)
    • 4.27 3.27 相对论力学(三)
    • 4.28 3.28 相对论力学(四)
  • 5 第四章 哈密顿力学
    • 5.1 4.1 微观可逆性原理、CPT 对称性原理(上)
    • 5.2 4.2 微观可逆性原理、CPT 对称性原理(下)
    • 5.3 4.3 对称性与Noether定理(上)
    • 5.4 4.4 对称性与Noether定理(下)
    • 5.5 4.5 勒让德变换(上)
    • 5.6 4.6 勒让德变换(下)
    • 5.7 4.7 哈密顿正则方程
    • 5.8 4.8 相空间
    • 5.9 4.9 罗斯方法——混合的哈密顿-拉格朗日方法(上)
    • 5.10 4.10 罗斯方法——混合的哈密顿-拉格朗日方法(下)
    • 5.11 4.11 泊松括号(一)
    • 5.12 4.12 泊松括号(二)
    • 5.13 4.13 泊松括号(三)
    • 5.14 4.14 泊松括号(四)
    • 5.15 4.15 哈密顿-雅克比方程(上)
    • 5.16 4.16 哈密顿-雅克比方程(下)
    • 5.17 4.17 用哈密顿-雅克比方程推导定态和含时薛定谔方程(上)
    • 5.18 4.18 用哈密顿-雅克比方程推导定态和含时薛定谔方程(下)
  • 6 第五章 连续介质力学与非线性力学初步
    • 6.1 5.1 胡克弹性、弹性力学初步(上)
    • 6.2 5.2 胡克弹性、弹性力学初步(中)
    • 6.3 5.3 胡克弹性、弹性力学初步(下)
    • 6.4 5.4 流变力学
    • 6.5 5.5 牛顿流体、流体力学初步
  • 7 第六章 生命力学
    • 7.1 6.1 生命体的简单标度关系
    • 7.2 6.2 异向生长标度律
    • 7.3 6.3 大脑中的力学(一)
    • 7.4 6.4 大脑中的力学(二)
    • 7.5 6.5 大脑中的力学(三)
    • 7.6 6.6 大脑中的力学(四)
    • 7.7 6.7 脑科学最新进展与同步现象简介
  • 8 第七章 微积分初步与量纲分析
    • 8.1 7.1 基于快速匹配法的量纲分析(一)
    • 8.2 7.2 基于快速匹配法的量纲分析(二)
    • 8.3 7.3 基于快速匹配法的量纲分析(三)
    • 8.4 7.4 基于快速匹配法的量纲分析(四)
    • 8.5 7.5 量纲分析、数量级估计与标度律的练习
    • 8.6 7.6 精细结构常数 α≈1/137
    • 8.7 7.7 齐次函数的欧拉定理
    • 8.8 7.8 变分法(上)
    • 8.9 7.9 变分法(下)
  • 9 阅读
    • 9.1 阅读
  • 10 调查问卷
    • 10.1 调查问卷
3.16 拉格朗日量的性质(上)
  • 1 视频
  • 2 章节测验


约瑟夫·路易斯·拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange 1735~1813)

法国数学家、物理学家。1736年1月25日生于意大利都灵,1813年4月10日卒于巴黎。他在数学、力学和天文学三个学科领域中都有历史性的贡献,其中尤以数学方面的成就最为突出。

拉格朗日生平

拉格朗日1736年1月25日生于意大利西北部的都灵。父亲是法国陆军骑兵里的一名军官,后由于经商破产,家道中落。据拉格朗日本人回忆,如果幼年是家境富裕,他也就不会作数学研究了,因为父亲一心想把他培养成为一名律师。拉格朗日个人却对法律毫无兴趣。

到了青年时代,在数学家雷维里的教导下,拉格朗日喜爱上了几何学。17岁时,他读了英国天文学家哈雷的介绍牛顿微积分成就的短文《论分析方法的优点》后,感觉到“分析才是自己最热爱的学科”,从此他迷上了数学分析,开始专攻当时迅速发展的数学分析。

18岁时,拉格朗日用意大利语写了第一篇论文,是用牛顿二项式定理处理两函数乘积的高阶微商,他又将论文用拉丁语写出寄给了当时在柏林科学院任职的数学家欧拉。不久后,他获知这一成果早在半个世纪前就被莱布尼兹取得了。这个并不幸运的开端并未使拉格朗日灰心,相反,更坚定了他投身数学分析领域的信心。

中年时的约瑟夫·拉格朗日1755年拉格朗日19岁时,在探讨数学难题“等周问题”的过程中,他以欧拉的思路和结果为依据,用纯分析的方法求变分极值。第一篇论文“极大和极小的方法研究”,发展了欧拉所开创的变分法,为变分法奠定了理论基础。变分法的创立,使拉格朗日在都灵声名大震,并使他在19岁时就当上了都灵皇家炮兵学校的教授,成为当时欧洲公认的第一流数学家。1756年,受欧拉的举荐,拉格朗日被任命为普鲁士科学院通讯院士。

1764年,法国科学院悬赏征文,要求用万有引力解释月球天平动问题,他的研究获奖。接着又成功地运用微分方程理论和近似解法研究了科学院提出的一个复杂的六体问题(木星的四个卫星的运动问题),为此又一次于1766年获奖。

1766年德国的腓特烈大帝向拉格朗日发出邀请时说,在“欧洲最大的王”的宫廷中应有“欧洲最大的数学家”。于是他应邀前往柏林,任普鲁士科学院数学部主任,居住达20年之久,开始了他一生科学研究的鼎盛时期。在此期间,他完成了《分析力学》一书,这是牛顿之后的一部重要的经典力学著作。书中运用变分原理和分析的方法,建立起完整和谐的力学体系,使力学分析化了。他在序言中宣称:力学已经成为分析的一个分支。

1783年,拉格朗日的故乡建立了"都灵科学院",他被任命为名誉院长。1786年腓特烈大帝去世以后,他接受了法王路易十六的邀请,离开柏林,定居巴黎,直至去世。

这期间他参加了巴黎科学院成立的研究法国度量衡统一问题的委员会,并出任法国米制委员会主任。1799年,法国完成统一度量衡工作,制定了被世界公认的长度、面积、体积、质量的单位,拉格朗日为此做出了巨大的努力。

1791年,拉格朗日被选为英国皇家学会会员,又先后在巴黎高等师范学院和巴黎综合工科学校任数学教授。1795年建立了法国最高学术机构——法兰西研究院后,拉格朗日被选为科学院数理委员会主席。此后,他才重新进行研究工作,编写了一批重要著作:《论任意阶数值方程的解法》、《解析函数论》和《函数计算讲义》,总结了那一时期的特别是他自己的一系列研究工作。

1813年4月3日,拿破仑授予他帝国大十字勋章,但此时的拉格朗日已卧床不起,4月11日早晨,拉格朗日逝世。