第一篇质点力学伽利略（GalileoGalilei，1564一1642）意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱，通过实验、逻辑推理与定量研究，建立落体定律，发现惯性定律，确立力学的相对性原理，提出摆振动的等时性等，利用自己的天文观察成果支持和发展了“日心说”本篇讨论质点的运动规律，分为运动学和动力学两部分：质点运动学研究质点机械运动的描述，不追究运动发生的原因，应用失量和微积分概念，着重分析描述运动的三个物理量一一位失、速度和加速度的意义以及它们的相互关系，质点动力学则研究物体（看成质点）在周图其他物体作用下如何发生运动，首先讨论物体在一定的力作用下如何运动，然后讨论如何将其他物体的作用归结为力，在本篇中，还将讨论在不同参考系中处理运动学和动力学问题的不同方法及它们的相互联系。本篇的内容是全书的基础
第一章质点运动学81.1参考系1.参考系和坐标系力学中研究的运动，是指物体位置的变动，称为机械运动，这是最简单、最基本的运动形式，它存在于一切运动形式之中.运动总是在空间与时间中发生，空间与时间是物质运动广延性与持续性的反映：对机械运动而言，空间规定了物体运动的范围与位置，时间则规定了运动过程的长短与顺序，在牛顿力学范围内，空间与时间脱离物质与运动而独立存在；空间是延伸到整个宇宙的容纳物质的三维平直框架，时间则犹如一座始终均勾运转着的钟，相对论表明，空间、时间是与物质与其运动紧密联系着的，空间的几何性质与时间的量度既与观察者的运动状态有关，又与物质分布及其运动状态有关，牛顿力学的绝对时空观只是实际时空性质的一种近似任何物体的位置及其变动，只有相对于事先选定的视为不动的物体或彼此无相对运动的物体群而言才有明确的意义：这种被选作物体运动依据的物体或物体群称为参考物，与参考物固连的三维空间称为参考空间.另外，位置变动总是伴随着时间的变动，所谓考察物体的运动，也就是考察物体的位置变动与时间的关系，因而，考察运动还必须有计时的装置，即钟，参考空间和与之固连的钟的组合称为参考系，但习惯上，常把参考物简称为参考系，不必特别指出与之相连的参考空间和钟，同一物体的运动情况相对不同的参考系是不同的：例如，在地面附近自由下落的物体，以地球为参考系，它作直线运动；以勾速行驶的火车为参考系，它作曲线运动，研究某一物体的运动，选取什么物体或物体群作参考系，在运动学中是任意的（在动力学中则不然），可视问题的性质和方便而定，参考系选定后，为了定量地表示物体相对参考系的位置，还必须在参考系上建立适当的坐标系：所谓坐标系就是固定在参考空间的一组坐标轴和用来规定一组坐标的方法：物体的位置即由这组坐标确定，常用的坐标系有笛卡儿坐标系，即直角坐标系（相应的坐标为，y，z；图1.1一1），平面极坐标系（相应的坐标为r，6：图1.1-2），以及球坐标系和柱坐标系等.物体的运动状态完全由参考系决定，与坐标系的选取无关，坐标系不同，只是描述运动的变量不同而已
第一章质点运动学4对应的物体的运动状态并无不同，2P(xyz)P(r.0)极轴图1.1-2平面极坐标系图1.1-1直角坐标系2.时间的测量为了定量地确定物体的运动状态，即确定物体的坐标与时间的关系，必须要进行时间和长度的测量，时间的单位和标准一切周期运动都可用来量度时间：地球的自转和公转以及月球绕地球的运动是人类最早认识的周期运动，因而自古以来，年、月、日一直是世界各民族计量时间的单位和标准，为了更细致地量度时间，又将“日”划分为更小的单位．我国古代将1日分为12个“辰”，并分别以子、丑、寅、卯、辰、已、午、未、申、酉、戌、亥称之.这与古埃及的计时法相一致，近代将1日分为24小时的计时法与之一脉相承.以后在欧洲又形成将1小时分为60分，1分分为60秒的更精细的计时法.目前国际通用的时间单位是秒（s).秒原来规定为一年中平均日长（称为平均太阳日）的1/86400.由于地球自转的不均匀性，这种标准使得时间计量的精度仅为10-7.1956年起改用以地球公转周期为基准的时间标准，并规定秒为1900年回归年的1/31556925.9747，使计时精度提高到10-9，为了进一步提高计时的精度，1967年国际计量大会决定采用原子的跃迁辐射作为计时标准，并规定秒是艳一133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间这样的时间标准称为原子时这一计时标准使时间计量的精度达到10-12～10-13.这种时间计量的误差主要来自艳原子的热运动：目前正在发展一种利用激光使艳原子冷却的方法，这将使时间计量的精度进一步提高
81.1参考系5时间的测量我国最早的计时仪器有“圭表”和“日”，分别利用太阳的影长和影的方向计时，其后又有“漏刻”，以静水的周期性夜日天漏滴作为计时的基础（图1.1一3）唐、宋多池万池时期制造的水运浑天仪和水运仪象台，利分壶水用齿轮传动机构，将计时精度提到一个新楚》海的高度：后者堪称世界上最古老的天文钟，古代欧洲也采用水漏和沙漏计时，直到1213世纪，才有用齿轮传动的钟.至今，机械传动的钟表仍是日常生活中常用的计时仪器之一但机械钟表的精度不高，日差可达数图1.1-3漏刻秒近年来，基于晶体振荡和电子技术的电子钟表得到了广泛的应用：晶体振荡器具有很高的稳定性，使电子钟表的计时准确度大大提高，日差常不到1S：基于电子技术的电子振荡器，可使振荡周期仅为1S的10的若于次方分之一，配以适当的计数技术，可以对比秒短得多的短时间进行测量，并使计时数字化.利用现代电子技术，已能制造出周期约为10-12s甚至更短的振荡器，这使时间测量的精度大大提高.比10-12s更短的时间，例如某些基本粒子的寿命，常用它在感光乳剂中留下的径迹长度来测量：由于基本粒子通常以接近光速的速度运动，这样测得的时间（寿命）常需经过相对论修正对于比年长得多的时间，常用的测量方法是半衰期法，例如碳一14的半衰期是5000a，通过测量有机物中碳一14的剩留量，就能估计出该有机体的年龄铀的一种同位素的半衰期约10°a，通过对海洋中铀的测量，曾测得地球本身的年龄约5×10°a.3，长度的测是长度的单位和标准古代测量长度常以人体的某部分作为单位和标准，例如我国古代就有“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”（《家语》）的说法古代地中海一带民族以Cubit（腕尺）作为长度单位.而英尺、码等英制长度单位最初也是分别以某个英王的足长和舒展的手指尖至鼻尖的距离为标准的这种以人体为标准的长度单位因人而异，显然不能取作统一标准：以客观存在的不变事物作为长度的标准是一种必然的趋势，我国古代就有“度量衡三者，法皆出于律”（东汉《孔丛子》）的说法，《汉书·律历志》中记载：“度本起黄钟之长，.九十分黄钟之长，一为一分