“力學”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展

“力學”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展力學力學是研究物質(zhì)機械運動規(guī)律的科學。自然界物質(zhì)有多種層次，從宇觀的宇宙動亦即力學運動是物質(zhì)在時間、空間中的位置變化，包括移動、轉(zhuǎn)動、流動、變究力學問題時突出地考慮機械運動這種形式罷了;如果其他運動形式對機械運動有學，可以說是力和(機械)運動的科學。力學在漢語中的意思是力的科學。漢語“力”字最初表示的是手臂使勁，后來雖又含有他義，但都同機械或運動沒有直接聯(lián)系?！傲W”一詞譯自英語mechanicsμηχανη??機械)。在英語中，mechanics此詞的語源和語義都與英語相同。漢語中沒有同它對等的多義詞。mechanics50義包容范圍的差異，有時引起國際學術交流中的周折。例如機械的(mechanicalmechanist家。發(fā)展簡史力學知識最早起源于對自然現(xiàn)象的觀察和在生產(chǎn)勞動中的經(jīng)驗。人們在建筑、灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、汲水器具，逐漸積累起對平衡物體受力情況的認的規(guī)律，提出加速度的概念。I.J.開普勒的行星運動三定律)，提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。的對象由單個的自由質(zhì)點轉(zhuǎn)向受約束的質(zhì)點和受約束的質(zhì)點系;這方面的標志是J.leRJ.-L.拉格朗日建立的分析力學。L.歐拉又進合，促使彈性固體力學基本理論和粘性流體力學基本1理論孿生于世，在這方面作出貢獻的是C.-L.-M.-H.納維、A.-L.柯西、S.-D.泊松、G.G.斯托克斯等人。彈性力學和流體力學基本方程的建立，使得力學逐漸脫離物理學而成為獨立學科。另一方面，從拉格朗日分析力學基礎上發(fā)展起來的哈W.R.哈密頓的理論體系組成物理學求解，工程技術中許多應用力學問題還須依靠經(jīng)驗或半經(jīng)驗的方法解決。這使得1920L.普朗特和T.von60結(jié)合中，開拓自己新的應用領域。力學在中國的發(fā)展經(jīng)歷了一個特殊的過程。與古希臘幾乎同時，中國古代對平衡和簡單的運動形式就已具備相當水平的力學知識，所不同的是未建立起像阿基米德那樣的理論系統(tǒng)。在文藝復興前的約一千年時間內(nèi)，整個歐洲的科學技術進展緩慢，而中國科學技術的綜合性成果堪稱卓著，其中有些在當時世界居于領先地位。這些成果反映出豐富的力學知識，但終未形成系統(tǒng)的力學理論。到明末清初，中國科學技術已顯著落后于歐洲。經(jīng)過曲折的過程，到19世紀中葉，牛頓力學才由歐洲傳入中國。以后，中國力學的發(fā)展便隨同世界潮流前進。學科性質(zhì)力學原是物理學的一個分支。物理科學的建立則是從力學開始的。在物理科學中，人們曾用純粹力學理論解釋機械運動以外的各種形式的運動，如熱、電磁、出來。20之處。力學與數(shù)學在發(fā)展中始終相互推動，相互促進。一種力學理論往往和相應的一個數(shù)學分支相伴產(chǎn)生，如運動基本定律和微積分，運動方程的求解和常微分方程，彈性力學及流體力學的基本方程和數(shù)學分析理論，天體力學中運動穩(wěn)定性和微分方程定性理論等。有人甚至認為力學是一門應用數(shù)學。但是力學和物理學一樣，還有需要實驗基礎的一面，而數(shù)學尋求的是比力學更帶普遍性的數(shù)學關系，兩者有各自的研究對象。力學同物理學、數(shù)學等學科一樣，是一門基礎科學，它所闡明的規(guī)律帶有普遍的性質(zhì)。力學又是一門技術科學，它是許多工程技術的理論基礎，又在廣泛的應用過程中不斷得到發(fā)展。當工程學還只分民用工程學(即土木工程學)和軍事工程學兩大分支時，力學在這兩2個分支中已起著舉足輕重的作用。工程學越分越細，各個分支中許多關鍵性的進展都有賴于力學中有關運動規(guī)律、強度、剛度等問題的解決。力學和工程學的結(jié)合促使工程力學各個分支的形成和發(fā)展?，F(xiàn)在，無論是歷史較久的土木工程、建筑工程、水利工程、機械工程、船舶工程等，還是后起的航空工程、航天工程、核技術工程、生物醫(yī)學工程等，都或多或少有工程力學的活動場地。力學作為一門技術科學，并不能代替工程學，只指出工程技術中解決力學問題的途徑，而工程學則從更綜合的角度考慮具體任務的完成。同樣地，工程力學也不能代替力學，因為力學還有探索自然界一般規(guī)律的任務。力學既是基礎科學又是技術科學這種二重性，有時難免會引起側(cè)重基礎研究一面和側(cè)重應用研究一面的力學家之間的不同看法。但這種二重性也使力學家感到自豪，他們?yōu)闇贤ㄈ祟愓J識自然和改造自然兩個方面作出了貢獻。研究方法力學研究方法遵循認識論的基本法則:實踐-理論-實踐。力學作為基礎科學和素。力學中把這種過程稱為建立模型。質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體、彈性固體、粘性流實踐和理論環(huán)節(jié)不一定能分得很清，也可能和其他課題或任務的某個環(huán)節(jié)相互交叉，相互影響。課題或任務中每一項具體工作又可能只涉及一個環(huán)節(jié)或者一個環(huán)節(jié)的一部分。因此，從局部看來，力學研究工作方式是多樣的:有些只是純數(shù)學的推理，甚至著眼于理論體系在邏輯上的完善化;有些著重數(shù)值方法和近似計算;有些著重實驗技術;有些著重在天文觀測和考察自然現(xiàn)象中積累數(shù)據(jù);而更大量的則是著重在運用現(xiàn)有力學知識來解決工程技術中或探索自然界奧秘中提出的具體問題。每一項工程又都需要具備自身有關的知識和其他學科的配合。數(shù)學推理需要各種現(xiàn)代數(shù)學知識，包括一些抽象數(shù)學分支的知識。數(shù)值方法和近似計算要了解計算技術、計算方法和計算數(shù)學。現(xiàn)代的力學實驗設備，諸如大型的風洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目，需要多工種、多學科的協(xié)作。應用研究更需要對應用對象的工藝過程、材料性質(zhì)、技術關鍵等有清楚的了解。在力學研究中既有細致的、獨立的分工，又有綜合的、全面的協(xié)作。從力學研究和對力學規(guī)律認識的整體來說，實踐是檢驗理論正確與否的唯一標準。以上各種工作都是力學研究不可缺少的部分。學科分類3力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題;運動學只考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關系;動力學討論物體運動和所受力的關系。力學也可按所研究對象區(qū)分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支，流體包括液體和氣體。固體力學和流體力學可統(tǒng)稱為連續(xù)介質(zhì)力學，它們通常都采用連續(xù)介質(zhì)的模型。固體力學和流體力學從力學分出后，余下的部分組成一般力學。一般力學通常是指以質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體、剛體系為研究對象的力學，有時還把抽象的動力學系統(tǒng)也作為研究對象。一般力學除了研究離散系統(tǒng)的基本力學規(guī)律外，還研究某些與現(xiàn)代工程技術有關的新興學科的理論。一般力學、固體力學和流體力學這三個主要分支在發(fā)展過程中又因?qū)ο蠡蚰Ｐ偷牟煌霈F(xiàn)一些分支學科和研究領域。屬于一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀螺力學、運動穩(wěn)定性等。屬于固體力學的有早期形成的材料力學、結(jié)構力學，稍后形成的彈性力學、塑性力學，近期出現(xiàn)的散體力學、斷裂力學等。流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支匯合而成的，現(xiàn)在則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交叉結(jié)果又產(chǎn)生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。力學也可按研究時所采用的主要手段區(qū)分為三個方面:理論分析、實驗研究和數(shù)值計算手段的計算力學是廣泛使用電子計算機后才出現(xiàn)的，其中有計算結(jié)構力計算這三方面的相互配合。力學在工程技術方面的應用結(jié)果形成工程力學或應用力學的各種分支，諸如土力學、巖石力學、爆炸力學、復合材料力學、工業(yè)空氣動力學、環(huán)境空氣動力學等。力學和其他基礎科學的結(jié)合也產(chǎn)生一些交叉性的分