“力學(xué)”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展

“力學(xué)”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展力學(xué)力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。自然界物質(zhì)有多種層次，從宇觀的宇宙動亦即力學(xué)運(yùn)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(xué)問題時突出地考慮機(jī)械運(yùn)動這種形式罷了;如果其他運(yùn)動形式對機(jī)械運(yùn)動有學(xué)，可以說是力和(機(jī)械)運(yùn)動的科學(xué)。力學(xué)在漢語中的意思是力的科學(xué)。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(jī)械或運(yùn)動沒有直接聯(lián)系。“力學(xué)”一詞譯自英語mechanicsμηχανη??機(jī)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(xué)術(shù)交流中的周折。例如機(jī)械的(mechanicalmechanist家。發(fā)展簡史力學(xué)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(yàn)。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(rèn)的規(guī)律，提出加速度的概念。I.J.開普勒的行星運(yùn)動三定律)，提出物體運(yùn)動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學(xué)的基礎(chǔ)。的對象由單個的自由質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)向受約束的質(zhì)點(diǎn)和受約束的質(zhì)點(diǎn)系;這方面的標(biāo)志是J.leRJ.-L.拉格朗日建立的分析力學(xué)。L.歐拉又進(jìn)合，促使彈性固體力學(xué)基本理論和粘性流體力學(xué)基本1理論孿生于世，在這方面作出貢獻(xiàn)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(xué)和流體力學(xué)基本方程的建立，使得力學(xué)逐漸脫離物理學(xué)而成為獨(dú)立學(xué)科。另一方面，從拉格朗日分析力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的哈W.R.哈密頓的理論體系組成物理學(xué)求解，工程技術(shù)中許多應(yīng)用力學(xué)問題還須依靠經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)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(yīng)用領(lǐng)域。力學(xué)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(yùn)動形式就已具備相當(dāng)水平的力學(xué)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(fù)興前的約一千年時間內(nèi)，整個歐洲的科學(xué)技術(shù)進(jìn)展緩慢，而中國科學(xué)技術(shù)的綜合性成果堪稱卓著，其中有些在當(dāng)時世界居于領(lǐng)先地位。這些成果反映出豐富的力學(xué)知識，但終未形成系統(tǒng)的力學(xué)理論。到明末清初，中國科學(xué)技術(shù)已顯著落后于歐洲。經(jīng)過曲折的過程，到19世紀(jì)中葉，牛頓力學(xué)才由歐洲傳入中國。以后，中國力學(xué)的發(fā)展便隨同世界潮流前進(jìn)。學(xué)科性質(zhì)力學(xué)原是物理學(xué)的一個分支。物理科學(xué)的建立則是從力學(xué)開始的。在物理科學(xué)中，人們曾用純粹力學(xué)理論解釋機(jī)械運(yùn)動以外的各種形式的運(yùn)動，如熱、電磁、出來。20之處。力學(xué)與數(shù)學(xué)在發(fā)展中始終相互推動，相互促進(jìn)。一種力學(xué)理論往往和相應(yīng)的一個數(shù)學(xué)分支相伴產(chǎn)生，如運(yùn)動基本定律和微積分，運(yùn)動方程的求解和常微分方程，彈性力學(xué)及流體力學(xué)的基本方程和數(shù)學(xué)分析理論，天體力學(xué)中運(yùn)動穩(wěn)定性和微分方程定性理論等。有人甚至認(rèn)為力學(xué)是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)。但是力學(xué)和物理學(xué)一樣，還有需要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的一面，而數(shù)學(xué)尋求的是比力學(xué)更帶普遍性的數(shù)學(xué)關(guān)系，兩者有各自的研究對象。力學(xué)同物理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科一樣，是一門基礎(chǔ)科學(xué)，它所闡明的規(guī)律帶有普遍的性質(zhì)。力學(xué)又是一門技術(shù)科學(xué)，它是許多工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，又在廣泛的應(yīng)用過程中不斷得到發(fā)展。當(dāng)工程學(xué)還只分民用工程學(xué)(即土木工程學(xué))和軍事工程學(xué)兩大分支時，力學(xué)在這兩2個分支中已起著舉足輕重的作用。工程學(xué)越分越細(xì)，各個分支中許多關(guān)鍵性的進(jìn)展都有賴于力學(xué)中有關(guān)運(yùn)動規(guī)律、強(qiáng)度、剛度等問題的解決。力學(xué)和工程學(xué)的結(jié)合促使工程力學(xué)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(jī)械工程、船舶工程等，還是后起的航空工程、航天工程、核技術(shù)工程、生物醫(yī)學(xué)工程等，都或多或少有工程力學(xué)的活動場地。力學(xué)作為一門技術(shù)科學(xué)，并不能代替工程學(xué)，只指出工程技術(shù)中解決力學(xué)問題的途徑，而工程學(xué)則從更綜合的角度考慮具體任務(wù)的完成。同樣地，工程力學(xué)也不能代替力學(xué)，因?yàn)榱W(xué)還有探索自然界一般規(guī)律的任務(wù)。力學(xué)既是基礎(chǔ)科學(xué)又是技術(shù)科學(xué)這種二重性，有時難免會引起側(cè)重基礎(chǔ)研究一面和側(cè)重應(yīng)用研究一面的力學(xué)家之間的不同看法。但這種二重性也使力學(xué)家感到自豪，他們?yōu)闇贤ㄈ祟愓J(rèn)識自然和改造自然兩個方面作出了貢獻(xiàn)。研究方法力學(xué)研究方法遵循認(rèn)識論的基本法則:實(shí)踐-理論-實(shí)踐。力學(xué)作為基礎(chǔ)科學(xué)和素。力學(xué)中把這種過程稱為建立模型。質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體、彈性固體、粘性流實(shí)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(wù)的某個環(huán)節(jié)相互交叉，相互影響。課題或任務(wù)中每一項(xiàng)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(xué)研究工作方式是多樣的:有些只是純數(shù)學(xué)的推理，甚至著眼于理論體系在邏輯上的完善化;有些著重?cái)?shù)值方法和近似計(jì)算;有些著重實(shí)驗(yàn)技術(shù);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(yùn)用現(xiàn)有力學(xué)知識來解決工程技術(shù)中或探索自然界奧秘中提出的具體問題。每一項(xiàng)工程又都需要具備自身有關(guān)的知識和其他學(xué)科的配合。數(shù)學(xué)推理需要各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識，包括一些抽象數(shù)學(xué)分支的知識。數(shù)值方法和近似計(jì)算要了解計(jì)算技術(shù)、計(jì)算方法和計(jì)算數(shù)學(xué)?，F(xiàn)代的力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，諸如大型的風(fēng)洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目，需要多工種、多學(xué)科的協(xié)作。應(yīng)用研究更需要對應(yīng)用對象的工藝過程、材料性質(zhì)、技術(shù)關(guān)鍵等有清楚的了解。在力學(xué)研究中既有細(xì)致的、獨(dú)立的分工，又有綜合的、全面的協(xié)作。從力學(xué)研究和對力學(xué)規(guī)律認(rèn)識的整體來說，實(shí)踐是檢驗(yàn)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)。以上各種工作都是力學(xué)研究不可缺少的部分。學(xué)科分類3力學(xué)可粗分為靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)三部分，靜力學(xué)研究力的平衡或物體的靜止問題;運(yùn)動學(xué)只考慮物體怎樣運(yùn)動，不討論它與所受力的關(guān)系;動力學(xué)討論物體運(yùn)動和所受力的關(guān)系。力學(xué)也可按所研究對象區(qū)分為固體力學(xué)、流體力學(xué)和一般力學(xué)三個分支，流體包括液體和氣體。固體力學(xué)和流體力學(xué)可統(tǒng)稱為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，它們通常都采用連續(xù)介質(zhì)的模型。固體力學(xué)和流體力學(xué)從力學(xué)分出后，余下的部分組成一般力學(xué)。一般力學(xué)通常是指以質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系、剛體、剛體系為研究對象的力學(xué)，有時還把抽象的動力學(xué)系統(tǒng)也作為研究對象。一般力學(xué)除了研究離散系統(tǒng)的基本力學(xué)規(guī)律外，還研究某些與現(xiàn)代工程技術(shù)有關(guān)的新興學(xué)科的理論。一般力學(xué)、固體力學(xué)和流體力學(xué)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(xué)科和研究領(lǐng)域。屬于一般力學(xué)的有理論力學(xué)(狹義的)、分析力學(xué)、外彈道學(xué)、振動理論、剛體動力學(xué)、陀螺力學(xué)、運(yùn)動穩(wěn)定性等。屬于固體力學(xué)的有早期形成的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)，稍后形成的彈性力學(xué)、塑性力學(xué)，近期出現(xiàn)的散體力學(xué)、斷裂力學(xué)等。流體力學(xué)是由早期的水力學(xué)和水動力學(xué)這兩個風(fēng)格迥異的分支匯合而成的，現(xiàn)在則有空氣動力學(xué)、氣體動力學(xué)、多相流體力學(xué)、滲流力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)等分支。各分支學(xué)科間的交叉結(jié)果又產(chǎn)生粘彈性理論、流變學(xué)、氣動彈性力學(xué)等。力學(xué)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(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算手段的計(jì)算力學(xué)是廣泛使用電子計(jì)算機(jī)后才出現(xiàn)的，其中有計(jì)算結(jié)構(gòu)力計(jì)算這三方面的相互配合。力學(xué)在工程技術(shù)方面的應(yīng)用結(jié)果形成工程力學(xué)或應(yīng)用力學(xué)的各種分支，諸如土力學(xué)、巖石力學(xué)、爆炸力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、工業(yè)空氣動力學(xué)、環(huán)境空氣動力學(xué)等。力學(xué)和其他基礎(chǔ)科學(xué)的結(jié)合也產(chǎn)生一些交叉性的分