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作者(美)何塞·普约尔(Jose Pujol)著
出版社地震出版社
ISBN9787502852023
出版时间2020-09
装帧平装
开本16开
定价78元
货号10851431
上书时间2024-12-14
第1章 张量和并矢
在理论物理中,张量起r很重要的基础性作用,因为以张量形式表达的物理定律不依赖于所采用的坐标系(Morse和Feshbae-h,1953)。在说明这一点之前,思考segel(1977)提供的一个简单的例f。牛顿第二定律是F=,其中F和a都是矢量,分别.表示作用于质量为m的物体上的力及其引起的加速度。这个基本定律的表达小需要建立坐标系。当然,为了在某些特定情况下应用该定律,选择一个能使数学关系式简化的坐标系可带来方便,但是采用任何其他的坐标系同样可以接受。下面再思考第3章中关于弹性的一个例子。在弹性固体中穿过某面元的应力矢量r(力/面积)经由应力张量与垂直于该面元的矢量n联系起来,其间关系式的推导是在笛卡儿坐标系中沿三个坐标面构成的四面体中进行的。因此,我们自然会问:如果采用与笛卡儿直角坐标系(以下简称“直角坐标系”)不同的坐标系(如球坐标系、柱坐标系或其他的曲线坐标系),是否会得到同样的结果?另外一个例子是在直角坐标系下推导出弹性波方程,如第4章中的讨论,我们町以导出两种形式的方程:一种是分量形式,另一种是带有梯度、散度、旋度等物理量的矢量形式。同样会有一些与坐标系相关的问题,如这两种形式的方程都适用于非直角坐标系吗?读者可能已经知道,只有后一种形式的方程适用于非笛卡儿坐标系,但是读者或许没有意识到这一事实是有数学依据的,即从数学角度可以证明梯度、散度和旋度是不依赖于坐标系的(Mors和Feshba~、h,1953)。这些问题在导论性的教科书中一般不做讨论,因而读者不易抓住矢量和张量概念的更深层含义。仅当人们意识到这些物理量(如力、加速度、应力张量等)及它们之间的关系是不依赖于坐标系而存在的,对张量才会有比一般讨论更深刻的领悟。然而,在不深入分析张量细节的情况下,研究应力和应变的基本原理也是有可能的。因此,本章的某些部分对于本书的其余部分并不都是必需的。 从广泛意义上讲,张量分析涉及任意曲线坐标系。更具限定性的张量分析方法只限于正交曲线坐标系,如柱坐标系和球坐标系。这些坐标系有一个共性,就是在空间给定点处的单位矢量是正交的。还有直角坐标系,它也是正交坐标系。一般正交坐标系和直角坐标系的主要差别在于后者的单位矢量不像位置的函数那样随位置的变化而变化,而前者的单位矢量会这样变化。球坐标系的单位矢量将在9.9.1小节中给出。由于非笛卡儿坐标系中的张量理论是极其复杂的,故本书仅限于在笛卡儿坐标系下的研究。但是,某些特别重要的关系将同时用并矢(见1.6节)的形式写出,并矢给出了....
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