“力學(xué)”簡介、含義、起源、歷史與發(fā)展

1、.：.； HYPERLINK javascript:gotothis() 力學(xué)力學(xué)是研討物質(zhì)機(jī)械運動規(guī)律的科學(xué)。自然界物質(zhì)有多種層次，從宇觀的宇宙體系，宏觀的天體和常規(guī)物體，細(xì)觀的顆粒、纖維、晶體，到微觀的分子、原子、根本粒子。通常了解的力學(xué)以研討天然的或人工的宏觀對象為主。但由于學(xué)科的相互浸透，有時也涉及宇觀或細(xì)觀甚至微觀各層次中的對象以及有關(guān)的規(guī)律。機(jī)械運動亦即力學(xué)運動是物質(zhì)在時間、空間中的位置變化，包括挪動、轉(zhuǎn)動、流動、變形、振動、動搖、分散等，而平衡或靜止，那么是其中的一種特殊情況。機(jī)械運動是物質(zhì)運動的最根本的方式。物質(zhì)運動的其他方式還有熱運動、電磁運動、原子及其內(nèi)部的運動和化學(xué)運動等

2、。機(jī)械運動并不能脫離其他運動方式獨立存在，只是在研討力學(xué)問題時突出地思索機(jī)械運動這種方式罷了；假設(shè)其他運動方式對機(jī)械運動有較大影響，或者需求思索它們之間的相互作用，便會在力學(xué)同其他學(xué)科之間構(gòu)成交叉學(xué)科或邊緣學(xué)科。 HYPERLINK javascript:hotword(力,19713) 力是物質(zhì)間的一種相互作用，機(jī)械運動形狀的變化是由這種相互作用引起的。靜止和運動形狀不變，都意味著各作用力在某種意義上的平衡。力學(xué)，可以說是力和機(jī)械運動的科學(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用力，后來雖又含有他義，但都同機(jī)械或運動沒有直接聯(lián)絡(luò)。“力學(xué)一詞譯自英語mechanics(源于

3、希臘語機(jī)械)。在英語中，mechanics是一個多義詞，既可釋作“力學(xué)，也可釋作“機(jī)械學(xué)、“構(gòu)造等。在歐洲其他語種中，此詞的語源和語義都與英語一樣。漢語中沒有同它對等的多義詞。mechanics在19世紀(jì)50年代作為研討力的作用的學(xué)科名詞傳入中國時，譯作“ HYPERLINK javascript:hotword(重學(xué),25562) 重學(xué)，后來改譯作“力學(xué)，不斷運用至今。“力學(xué)的和“機(jī)械的 在英語中同為mechanical，而現(xiàn)代漢語中“機(jī)械的又可了解為“刻板的。這種不同語種中詞義包容范圍的差別，有時引起國際學(xué)術(shù)交流中的周折。例如機(jī)械的(mechanical)自然觀，其實指用力學(xué)解釋自然的觀念

4、，而英語mechanist是指機(jī)械師，不是指力學(xué)家。 開展簡史力學(xué)知識最早來源于對自然景象的察看和在消費勞動中的閱歷。人們在建筑、灌溉等勞動中運用杠桿、斜面、汲水器具，逐漸積累起對平衡物體受力情況的認(rèn)識。古希臘的 HYPERLINK javascript:hotword(阿基米德,30742) 阿基米德對杠桿平衡、物體 HYPERLINK javascript:hotword(重心,18046) 重心位置、物體在水中遭到的 HYPERLINK javascript:hotword(浮力,14752) 浮力等作了系統(tǒng)研討，確定它們的根本規(guī)律，初步奠定了 HYPERLINK javascript:

5、hotword(靜力學(xué),1560) 靜力學(xué)即平衡實際的根底。古代人還從對日、月運轉(zhuǎn)的察看和弓箭、車輪等的運用中了解一些簡單的運動規(guī)律，如勻速的挪動和轉(zhuǎn)動。但是對力和運動之間的關(guān)系，只是在歐洲文藝復(fù)興時期以后才逐漸有了正確的認(rèn)識。 HYPERLINK javascript:hotword(伽利略,11336) 伽利略在實驗研討和實際分析的根底上，最早闡明自在 HYPERLINK javascript:hotword(落體運動,24419) 落體運動的規(guī)律，提出 HYPERLINK javascript:hotword(加速度,15300) 加速度的概念。 HYPERLINK javascript

6、:hotword(I.牛頓,20857) I.牛頓承繼和開展前人的研討成果特別是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 HYPERLINK javascript:hotword(動力學(xué),11262) 動力學(xué)的根底。 HYPERLINK javascript:hotword(牛頓運動定律,54) 牛頓運動定律的建立標(biāo)志著力學(xué)開場成為一門科學(xué)。以后力學(xué)的進(jìn)展在于它所思索的對象由單個的自在質(zhì)點轉(zhuǎn)向受約束的 HYPERLINK javascript:hotword(質(zhì)點,20026) 質(zhì)點和受約束的 HYPERLINK javascript:hotword(質(zhì)點系,1149

7、2) 質(zhì)點系；這方面的標(biāo)志是 HYPERLINK javascript:hotword(J.le%20R.達(dá)朗伯,31891) J.le R.達(dá)朗伯提出的 HYPERLINK javascript:hotword(達(dá)朗伯原理,18671) 達(dá)朗伯原理和 HYPERLINK javascript:hotword(J.-L.拉格朗日,30287) J.-L.拉格朗日建立的 HYPERLINK javascript:hotword(分析力學(xué),10438) 分析力學(xué)。 HYPERLINK javascript:hotword(L.歐拉,19409) L.歐拉又進(jìn)一步把牛頓運動定律推行用于 HYPERL

8、INK javascript:hotword(剛體,14) 剛體和理想流體的運動方程。歐拉建立理想流體的力學(xué)方程可看作是 HYPERLINK javascript:hotword(延續(xù)介質(zhì)力學(xué),16191) 延續(xù)介質(zhì)力學(xué)的肇端。在此以前，有關(guān)固體的彈性、流體的粘性、氣體的可緊縮性等的物質(zhì)屬性方程曾經(jīng)陸續(xù)建立。運動定律和物性定律這兩者的結(jié)合，促使彈性固膂力學(xué)根本實際和粘性流膂力學(xué)根本實際孿生于世，在這方面作出奉獻(xiàn)的是 HYPERLINK javascript:hotword(C.-L.-M.-H.納維,23732) C.-L.-M.-H.納維、 HYPERLINK javascript:hotw

9、ord(A.-L.柯西,26376) A.-L.柯西、 HYPERLINK javascript:hotword(S.-D.泊松,5222) S.-D.泊松、 HYPERLINK javascript:hotword(G.G.斯托克斯,2544) G.G.斯托克斯等人。 HYPERLINK javascript:hotword(彈性力學(xué),18514) 彈性力學(xué)和 HYPERLINK javascript:hotword(流膂力學(xué),10332) 流膂力學(xué)根本方程的建立，使得力學(xué)逐漸脫離物理學(xué)而成為獨立學(xué)科。另一方面，從拉格朗日分析力學(xué)根底上開展起來的哈密頓體系，繼續(xù)在物理學(xué)中起作用。從牛頓到 H

10、YPERLINK javascript:hotword(W.R.哈密頓,3614) W.R.哈密頓的實際體系組成物理學(xué)中的 HYPERLINK javascript:hotword(經(jīng)典力學(xué),1248) 經(jīng)典力學(xué)或 HYPERLINK javascript:hotword(牛頓力學(xué),15219) 牛頓力學(xué)。在彈性和流體根本方程建立后，所給出的方程一時難于求解，工程技術(shù)中許多運用力學(xué)問題還須依托閱歷或半閱歷的方法處理。這使得19世紀(jì)后半葉在 HYPERLINK javascript:hotword(資料力學(xué),20067) 資料力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(構(gòu)造

11、力學(xué),7178) 構(gòu)造力學(xué)同彈性力學(xué)之間，水力學(xué)和水動力學(xué)之間不斷存在著風(fēng)格上的顯著差別。到20世紀(jì)初，在流膂力學(xué)和固膂力學(xué)中，實踐運用同數(shù)學(xué)實際的上述兩個方面開場結(jié)合，以后力學(xué)便蓬勃開展起來，創(chuàng)建了許多新的實際，同時也處理了工程技術(shù)中大量的關(guān)鍵性問題，如航空工程中的 HYPERLINK javascript:hotword(聲障,24668) 聲障問題和航天工程中的熱障問題。這種實際和實踐親密結(jié)合的力學(xué)的先導(dǎo)者是 HYPERLINK javascript:hotword(L.普朗特,2433) L.普朗特和 HYPERLINK javascript:hotword(T.von卡門,29168

12、) T.von卡門。他們在力學(xué)研討任務(wù)中擅長從復(fù)雜的景象中洞察事物本質(zhì)，又能尋覓適宜的處理問題的數(shù)學(xué)途徑，逐漸構(gòu)成一套特有的方法。從60年代起，電子計算機(jī)運用日廣，力學(xué)無論在運用上或?qū)嶋H上都有了新的進(jìn)展。力學(xué)承繼它過去同航空和航天工程技術(shù)結(jié)合的傳統(tǒng)，在同其他各種工程技術(shù)以及同自然科學(xué)的其他學(xué)科的結(jié)合中，開辟本人新的運用領(lǐng)域。力學(xué)在中國的開展閱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方式就已具備相當(dāng)程度的力學(xué)知識，所不同的是未建立起像阿基米德那樣的實際系統(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

13、領(lǐng)先位置。這些成果反映出豐富的力學(xué)知識，但終未構(gòu)成系統(tǒng)的力學(xué)實際。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)的開展便伴隨世界潮流前進(jìn)。 學(xué)科性質(zhì)力學(xué)原是物理學(xué)的一個分支。物文科學(xué)的建立那么是從力學(xué)開場的。在物文科學(xué)中，人們曾用純粹力學(xué)實際解釋機(jī)械運動以外的各種方式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內(nèi)的運動等。當(dāng)物理學(xué)擺脫了這種機(jī)械力學(xué)的自然觀而獲得安康開展時，力學(xué)那么在工程技術(shù)的推進(jìn)下按本身邏輯進(jìn)一步演化，逐漸從物理學(xué)中獨立出來。20世紀(jì)初，相對論指出牛頓力學(xué)不適用于速度接近光速或者宇宙尺度內(nèi)的物體運動;20年代，量子論指

14、出牛頓力學(xué)不適用于微觀世界。這反映人們對力學(xué)認(rèn)識的深化，即認(rèn)識到物質(zhì)在不同層次上的機(jī)械運動規(guī)律是不同的。通常了解的力學(xué)只以研討宏觀的機(jī)械運動為主，因此有許多帶“力學(xué)稱號的學(xué)科如熱力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、相對論力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)等在習(xí)慣上被以為是物理學(xué)的分支，而不屬于力學(xué)的范圍。但由于歷史上的緣由，力學(xué)和物理學(xué)仍有著特殊的親緣關(guān)系，特別是在以上各“力學(xué)分支和牛頓力學(xué)之間，許多概念、方法、實際都有不少類似之處。力學(xué)與數(shù)學(xué)在開展中一直相互推進(jìn)，相互促進(jìn)。一種力學(xué)實際往往和相應(yīng)的一個數(shù)學(xué)分支相伴產(chǎn)生，如運動根本定律和微積分，運動方程的求解和常微分方程，彈性力學(xué)及流膂力學(xué)的根本方程和數(shù)學(xué)分析實際， HYP

15、ERLINK javascript:hotword(天膂力學(xué),38) 天膂力學(xué)中 HYPERLINK javascript:hotword(運動穩(wěn)定性,4852) 運動穩(wěn)定性和微分方程定性實際等。有人甚至以為力學(xué)是一門運用數(shù)學(xué)。但是力學(xué)和物理學(xué)一樣，還有需求實驗根底的一面，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，兩者有各自的研討對象。力學(xué)同物理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科一樣，是一門根底科學(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)的實際根底，又在廣泛的運用過程中不斷得到開展。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)在這兩個分支中已起著舉足輕重的作用

16、。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)運動規(guī)律、 HYPERLINK javascript:hotword(強(qiáng)度,3104) 強(qiáng)度、 HYPERLINK javascript:hotword(剛度,3625) 剛度等問題的處理。力學(xué)和工程學(xué)的結(jié)合促使工程力學(xué)各個分支的構(gòu)成和開展。如今，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)，并不能替代工程學(xué)，只指出工程技術(shù)中處理力學(xué)問題的途徑，而工程學(xué)那么從更綜合的角度思索詳細(xì)義務(wù)的完成。同樣地，工

17、程力學(xué)也不能替代力學(xué)，由于力學(xué)還有探求自然界普通規(guī)律的義務(wù)。力學(xué)既是根底科學(xué)又是技術(shù)科學(xué)這種二重性，有時難免會引起偏重根底研討一面和偏重運用研討一面的力學(xué)家之間的不同看法。但這種二重性也使力學(xué)家感到驕傲，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奉獻(xiàn)。 研討方法力學(xué)研討方法遵照認(rèn)識論的根本法那么：實際-實際-實際。力學(xué)作為根底科學(xué)和作為技術(shù)科學(xué)從不同側(cè)面反映這個法那么。力學(xué)家們根據(jù)對自然景象的察看，特別是定量觀測的結(jié)果，根據(jù)消費過程中積累的閱歷和數(shù)據(jù)，或者根據(jù)為特定目的而設(shè)計的科學(xué)實驗的結(jié)果，提煉出量與量之間的定性的或數(shù)量的關(guān)系。為了使這種關(guān)系反映事物的本質(zhì)，力學(xué)家要擅長抓住起主要作用的要

18、素，屏棄或暫時屏棄一些次要要素。力學(xué)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、粘性流體、延續(xù)介質(zhì)等是各種不同的模型。在模型的根底上可以運用知的力學(xué)的或物理學(xué)的規(guī)律(必要時作一些假設(shè))以及適宜的數(shù)學(xué)工具進(jìn)展實際上的演繹任務(wù)，導(dǎo)出新的結(jié)論。在實際演繹中，為了使實際具有更高的概括性和更廣泛的適用性，往往采用一些無量綱參數(shù)如 HYPERLINK javascript:hotword(雷諾數(shù),24532) 雷諾數(shù)、 HYPERLINK javascript:hotword(馬赫數(shù),16939) 馬赫數(shù)、泊松比等。這些參數(shù)既反映物理本質(zhì)，又是單純的數(shù)字，不受尺寸、單位制、工程性質(zhì)、實驗安裝類

19、型的牽制。根據(jù)第一個實際環(huán)節(jié)所得實際結(jié)論建立的模型能否合理，有待于新的觀測、工程實際或者科學(xué)實驗等第二個實際環(huán)節(jié)加以驗證。采用上述無量綱參數(shù)以及經(jīng)過有關(guān)的 HYPERLINK javascript:hotword(量綱分析,14606) 量綱分析使得這種驗證能在更廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)展。對一個單獨的力學(xué)課題或研討義務(wù)來說，這種實際和實際環(huán)節(jié)不一定能分得很清，也能夠和其他課題或義務(wù)的某個環(huán)節(jié)相互交叉，相互影響。課題或義務(wù)中每一項詳細(xì)任務(wù)又能夠只涉及一個環(huán)節(jié)或者一個環(huán)節(jié)的一部分。因此，從部分看來，力學(xué)研討任務(wù)方式是多樣的：有些只是純數(shù)學(xué)的推理，甚至著眼于實際體系在邏輯上的完善化；有些著重數(shù)值方法和近似計

20、算；有些著重實驗技術(shù)；有些著重在天文觀測和調(diào)查自然景象中積累數(shù)據(jù)；而更大量的那么是著重在運用現(xiàn)有力學(xué)知識來處理工程技術(shù)中或探求自然界奧妙中提出的詳細(xì)問題。每一項工程又都需求具備本身有關(guān)的知識和其他學(xué)科的配合。數(shù)學(xué)推理需求各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識，包括一些籠統(tǒng)數(shù)學(xué)分支的知識。數(shù)值方法和近似計算要了解計算技術(shù)、計算方法和計算數(shù)學(xué)?，F(xiàn)代的力學(xué)實驗設(shè)備，諸如大型的 HYPERLINK javascript:hotword(風(fēng)洞,20192) 風(fēng)洞、 HYPERLINK javascript:hotword(水洞,24940) 水洞，它們的建立和運用本身就是一個綜合性的科學(xué)技術(shù)工程，需求多工種、多學(xué)科的協(xié)作。運

21、用研討更需求對運用對象的工藝過程、資料性質(zhì)、技術(shù)關(guān)鍵等有清楚的了解。在力學(xué)研討中既有細(xì)致的、獨立的分工，又有綜合的、全面的協(xié)作。從力學(xué)研討和對力學(xué)規(guī)律認(rèn)識的整體來說，實際是檢驗實際正確與否的獨一規(guī)范。以上各種任務(wù)都是力學(xué)研討不可短少的部分。 學(xué)科分類力學(xué)可粗分為靜力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(運動學(xué),9075) 運動學(xué)和動力學(xué)三部分，靜力學(xué)研討力的平衡或物體的靜止問題；運動學(xué)只思索物體怎樣運動，不討論它與所受力的關(guān)系；動力學(xué)討論物體運動和所受力的關(guān)系。力學(xué)也可按所研討對象區(qū)分為 HYPERLINK javascript:hotword(固膂力學(xué),20301)

22、 固膂力學(xué)、流膂力學(xué)和 HYPERLINK javascript:hotword(普通力學(xué),6432) 普通力學(xué)三個分支，流體包括液體和氣體。固膂力學(xué)和流膂力學(xué)可統(tǒng)稱為延續(xù)介質(zhì)力學(xué)，它們通常都采用延續(xù)介質(zhì)的模型。固膂力學(xué)和流膂力學(xué)從力學(xué)分出后，余下的部分組成普通力學(xué)。普通力學(xué)通常是指以質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體、剛體系為研討對象的力學(xué)，有時還把籠統(tǒng)的動力學(xué)系統(tǒng)也作為研討對象。普通力學(xué)除了研討離散系統(tǒng)的根本力學(xué)規(guī)律外，還研討某些與現(xiàn)代工程技術(shù)有關(guān)的新興學(xué)科的實際。普通力學(xué)、固膂力學(xué)和流膂力學(xué)這三個主要分支在開展過程中又因?qū)ο蠡蚰Ｐ偷牟煌霈F(xiàn)一些分支學(xué)科和研討領(lǐng)域。屬于普通力學(xué)的有 HYPERLINK

23、javascript:hotword(實際力學(xué),10736) 實際力學(xué)狹義的、分析力學(xué)、外彈道學(xué)、振動實際、 HYPERLINK javascript:hotword(剛體動力學(xué),26968) 剛體動力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(陀螺力學(xué),24453) 陀螺力學(xué)、運動穩(wěn)定性等。屬于固膂力學(xué)的有早期構(gòu)成的資料力學(xué)、構(gòu)造力學(xué)，稍后構(gòu)成的彈性力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(塑性力學(xué),517) 塑性力學(xué)，近期出現(xiàn)的 HYPERLINK javascript:hotword(散膂力學(xué),25821) 散膂力學(xué)、 HYPERLINK ja

24、vascript:hotword(斷裂力學(xué),4347) 斷裂力學(xué)等。流膂力學(xué)是由早期的水力學(xué)和水動力學(xué)這兩個風(fēng)格迥異的分支集合而成的，如今那么有 HYPERLINK javascript:hotword(空氣動力學(xué),13220) 空氣動力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(氣體動力學(xué),10193) 氣體動力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(多相流膂力學(xué),831) 多相流膂力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(滲流力學(xué),9154) 滲流力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(非牛頓流膂

25、力學(xué),22983) 非牛頓流膂力學(xué)等分支。各分支學(xué)科間的交叉結(jié)果又產(chǎn)生粘彈性實際、 HYPERLINK javascript:hotword(流變學(xué),8509) 流變學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(氣動彈性力學(xué),15804) 氣動彈性力學(xué)等。力學(xué)也可按研討時所采用的主要手段區(qū)分為三個方面：實際分析、實驗研討和數(shù)值計算。實驗力學(xué)包括 HYPERLINK javascript:hotword(實驗應(yīng)力分析,16718) 實驗應(yīng)力分析、 HYPERLINK javascript:hotword(水動力學(xué)實驗,22109) 水動力學(xué)實驗和 HYPERLINK javas

26、cript:hotword(空氣動力實驗,30477) 空氣動力實驗等。著重用數(shù)值計算手段的 HYPERLINK javascript:hotword(計算力學(xué),30675) 計算力學(xué)是廣泛運用電子計算機(jī)后才出現(xiàn)的，其中有 HYPERLINK javascript:hotword(計算構(gòu)造力學(xué),1453) 計算構(gòu)造力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(計算流膂力學(xué),16777) 計算流膂力學(xué)等。對一個詳細(xì)的力學(xué)課題或研討工程，往往需求實際、實驗和計算這三方面的相互配合。力學(xué)在工程技術(shù)方面的運用結(jié)果構(gòu)成工程力學(xué)或運用力學(xué)的各種分支，諸如 HYPERLINK javascript:hotword(土力學(xué),23527) 土力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(巖石力學(xué),26726) 巖石力學(xué)、 HYPERLINK javascript:hotword(爆炸力學(xué),8145) 爆炸力