力学史杂谈

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力学史杂谈_十一_力学家怎样看宇宙万物

力学纵横力学史杂谈(十一)———力学家怎样看宇宙万物武际可(北京大学力学与工程科学系,北京100871)摘要从力学家的角度讨论了一些自然哲学问题,特别是关于确定论和随机论的问题.还讨论了人类对这些问题的认识是与求解的发展紧密相连的.关键词力学史,确定论,随机论,求解,动力系统自然科学的各门学科都分别研究自然界的一方面,如天文学研究解释天体、地质学研究地球内部的构造、生物学研究生命现象等.然而力学学科从它一开始便以整个宇宙间的一切事物为研究对象.这是因为宇宙间的一切事物都可以有机械运动.牛顿在总结前人成果的基础上建立了描述质点运动的方程,根据这一方程,如果知道质点所受的力,并且知道了质点的初始状态(初始位置与速度),就可以求解质点的运动.他并且用这一方法成功地解释了行星的运动,在1687年出版了他的巨著《自然哲学的数学原理》.在这本书中,牛顿踌躇满志地说:“我把这部著作叫作哲学的数学原理,因为哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然力,而后用这些自然力来研究各种自然现象.”在这里,虽然他把研究全部自然现象归结为研究自然力.可是仍然使他迷惑不解的是:万有引力只能使静止的行星引向太阳,使它横向绕日而行的初始速度是怎样产生的呢?在1892年1月17日,牛顿致本特利先生的信中说:“所以重力可以使行星运动,然而没有神的力量就决不能使它们做现在这样的绕太阳而转的圆周运动.因此,由于这个及其他原因,我不得不把我们这系统的结构归之于一个全智的主宰.”尽管牛顿常说:“我不需要假设”,而在这里牛顿却引入了人们称为“上帝的最初一棍子”或“上帝的第一推动”的假定.法国学者拉普拉斯(place,1749年～1827年)在数学和天体力学上作出了很大的贡献,他最有名的著作是《天体力学》,曾被人们认为是经典力学的顶峰.他在1812年所著的《概率解析理论》一书的绪论中曾总结对世界的看法:“如果有一种至高无上的智者能了解在一定时刻支配自然界的所有的力,了解自然界每个实体的各自位置和初始速度,并且他还有足够的能力去计算这些物体的运动,那么他就能毫无例外地从最大的天体到最小的原子的未来和过去都一目了然.”拉普拉斯按照牛顿学说将世界一切的事物的状态归结于一个向量x=(x1,…,x n)来描述.它的运动规律归结于一组微分方程的初值问题d x/d t=f(x), x|t=0=x0这里x0表示x(t)当t=0时的初始状态.当知道了x0与f(x)时,便可以求解x(t),包括t>0(未来)和t< 0(过去).拉普拉斯对世界的认识继承了牛顿的思想,并且将它提得更加明确.他的这个提法被认为是经典机械确定论最具代表性的表述.按照这个提法的优点是,他抛掉了牛顿关于“上帝”的假设,将一切归结于自然界自己在一定外力和一定初条件下的运动.传说他将“天体力学”奉献给拿破仑皇帝后,拿破仑曾问起:“你为什么在书中不提上帝”,拉普拉斯回答说:“陛下,我不需要那种假设”.然而按照这种观点,他却成了定命论,或被人们称之为确定论或宿命论的代表人物.按照这种学说,在一定规律支配下,初值就决定了过去未来一切.犹如算命先生说,一个人出生的年、月、日、时八字便可以决定他一生的荣辱贵贱.拉普拉斯所说的至高无上的智者被后人称为拉普拉斯妖.直至上一世纪末,似乎自然科学沿着正像牛顿和拉普拉斯所制定的路线在前进.例如赫姆霍兹(H. Helmholz,1821年～1894年)说:“一切自然科学的最后目的,是把自身变成力学.”凯尔文(K elvin,1824年～1907年)说:“我不能自满,除非我能把那种物质作出一个力学模型.”在这种观点指引下,光学、电动力学、热力学,无不在经典力学预制的框架下构筑了起来,新的模型建立了,新的方程提出了.而这些方　本文于1998-04-01收到.程与求解无非都可以归结于拉普拉斯所提的方程的特例.无怪乎在上一世纪末一大批著名的自然科学家自满地说:“要知道理论物理学已经终结,微分方程已经确立,它们的解法已经制定,可借计算的只是个别的局部情况.”(普朗克的导师约利(Jolly)语),“未来的物理学将不得不在小数点后第六位去寻找”(凯尔文语).然而事情并不是如此简单.自然规律也并不就是如此简明.客观世界毕竟比人们想象要复杂得多.事实上,早在牛顿与拉普拉斯之前,人们便曾发现了一类不能由初始条件完全决定的现象.在1644年,意大利科学家托利赛利(Torricelli)发现重力作用下,重心取最低时物体的平衡才是稳定的.例如一个放在大球顶上的小球,初速度为零,但它可以沿任何方向从球顶上滚落.这时,显然初位置与初速度都是确定的,可是却无法确定小球以后的行为.人们对这类不稳定现象虽然有所觉察,但还没有引起足够的注意. 100年之后,1744年,欧拉(Euler)发现了弹性受压杆的分岔现象.一根笔直的圆截面杆在两端压力P作用下,起初杆是直的,当P逐渐增加到某一称为临界荷载的值时,杆可以发生弯曲,而弯曲的方向可以是任意的.这又一次说明初始条件无法确定杆后来的行为.欧拉的弹性杆虽然受到工程界的广泛注意,因为柱子受压是土木、造船等一系列结构工程常见的实际课题.但由于它是处理静力问题,也还没有引发人们哲理上的进一步思考.事情又过了100多年,法国数学家庞卡莱(Poincare,1854年～1912年)以哲学家的锐利目光抓住了这类问题.他在《科学与方法》一书(1913年出版)中说到偶然性时对于拉普拉斯的确定论做了如下的注解:“如果我们可以正确地了解自然定律及宇宙在初始时刻的状态,那么我们就能够正确地预言这个宇宙在后继时刻的状态.不过,即使自然定律对我们已无秘密可言,我们也只能近似地知道初始状态.如果情况容许我们以同样的近似度预见后继的状态,这就是我们所要求的一切,那我们便说该现象被预言到了,它受规律支配.但是情况并非如此,可以发生这样的情况:初始条件的微小差别,在最后的现象中产生了极大的差别;前者的微小误差促成了后者的极大误差.”庞卡莱这里描述的正是我们通常成语中说的“失之毫厘,差之千里”.他还举绕太阳运行的小行星为例说,如果它们相差“平均每天超出千分之一秒,事实上3年将超出1秒,一万年超出一度,三四百万年将超出一个圆周!”庞卡莱并且风趣地推论说:“在伦理学中,特别在历史学中,情况正相同.……最大的偶然性是伟大人物的诞生.两个生殖细胞的相遇,不同性别的相遇纯粹出于偶然性,…….只要使精子足以偏离十分之一毫米,拿破仑(Napoleon)就不会出生,欧洲大陆的命运就会改观.”在庞卡莱对于拉普拉斯确定论的批评的同时,物理界得到了许多新的实验事实,使确定论无法解释.上一世纪末,1895年伦琴发现了X射线,1897年汤姆逊(J.J.Thomson)确定了电子的荷质比,确定了电子的存在,1899年发现了铀放射的α、β射线是粒子,这些发现再加关于热辐射的研究,终于导致1900年德国物理学家普朗克(M.Plank)提出了量子论的假设.这些新事实说明经典力学原理不再适用,或按经典力学构架起来的经典物理不再适用了.于是在科学界引起了极大的震动.那时普遍流行着一种说法:确定论、机械论、经典力学的大厦崩塌了,物理学处于危机之中.量子力学的出现成功地解释了许多新的现象,如热辐射、原子构造等等.使传统确定论观念完全改观.他虽然也有方程,例如薛定锷方程,但方程的解却是一个随机分布.它只能提供这个物体,例如电子,在某一位置或某一速度的几率.可以说它是一种随机论.由于当时这个几率函数一般记为Ψ(读为普赛).它的物理意义颇不好理解,当时著名量子力学物理学家德拜的青年助手W.休克写了一首诗:“先生有普赛,运算殊无碍,普赛究如何?浑忘作交代.”同样,由于关于几率函数的物理解释,在名人之间也展开了一场论争.一方是量子力学家马克斯・玻恩为代表的哥本哈根学派,他们宣称“量子力学不再描写自然界本身,而是描写我们关于自然界的知识.”它表示只能这次测量推测下一次测量的各种结果的分布几率,而对于事物在两次测量之间的行为拒绝作具体的描述.站在对立面的以大物理学家爱因斯坦为代表,他在1916年12月4日写给马克斯・玻恩的信中表示:“量子力学是令人赞叹的.但我有一个心声告诉我,这还不是真正的天使.这个理论有很多成功的地方,但并没有使我们更接近上帝的奥秘.无论如何我相信上帝不是在掷骰子.”“上帝掷骰子”是爱因斯坦对哥本哈根学派的精炼的形象概括.支持爱因斯坦的物理学家薛定锷在1935年还提出一个猫悖论对玻恩等加以责难.他设想在一个密闭的箱子里,有一只猫,箱中还有一根极细的线吊一个内盛剧毒氰化物的小瓶.又假设这根线强度极低,只要一个光子击中它,线就会断掉,玻璃瓶便会打碎,而猫必被毒死.想知道猫的死活,至少要用一粒光子去探测,设令一个光子射中线的几率为50%.这时描述猫的状态(死或活)的波函数就去告诉我们猫是“半死半活”,并不能回答猫究竟是死还是活.实际上这场争论从20年代开始一直延续到今天还在各不相让.这种长期的争论而不能达到共识,至少说明确定论在有些场合不灵了,但也并不能就说明随机论或量子论可以包打天下.今天我们虽然还没法判定争论双方的对错,但我们可以根据本世纪近百年来科学发展的某些新进展,对于争论的某些特点给予探讨. 事实是,近代科学从产生到发展的300年来在力学和物理领域中活动的科学家,主要任务看来是在制造方程,如牛顿运动方程、弹性力学方程、Maxwell电磁方程、薛定锷方程、流体力学N2S方程等等.一类现象一个模型,一个模型一种方程.至于在有了方程之后的另一方面的工作:方程的求解,限于认识,也限于条件,人们多少有点瞧不起,不是认为很简单,就是解不动,太复杂不值得去费力气.在求解这方面,虽然经过了数百年,人们毕竟还没有走多远.最初的消息只能使人泄气.1829年,人们称之为数学史上最年轻的天才和最愚蠢的死亡(死于决斗)者伽罗华(1811年～1832年)在他19岁的时候,得到高于5次的代数方程不可能用公式求解的证明.同时,早在17、18世纪,人们又遇到了大量初等函数的积分,没法用已有的初等函数表示,例如,为求行星轨迹而计算椭圆弧长等问题.于是人们逐渐认识到一大批问题的精确求解为不可能,必须转而求近似解.但是只用手和纸去求一个复杂问题的近似解,谈何容易.于是,人们称之为数学史上的最后一位通才庞卡莱在上一世纪末,开辟了微分方程定性理论的研究方向.庞卡莱讨论了给了平面向量场,要求曲线使每一点与给定该点的向量相切的问题.他能够利用向量场的性质直接确定曲线的性质,如回答有没有周期解的问题,他特别讨论了奇点(该点的向量为零向量)邻近的曲线行为.不仅如此,他还于1885年在研究天体演化规律时,用定性方法预言了一个在引力作用下的球形流体团,当它旋转时,在一定的角速度下,可以有椭球和梨形两种运动状态.从而最早提出了物体运动分岔的概念.也正是基于对运动系统可能的分岔解的深刻了解,庞卡莱才预言根据初条件不能一般地准确预言它以后运动的断言.庞卡莱对运动方程的解了解得虽然比前人深入了一步,但由于时代的局限性,他还只是研究平面上的微分方程.而且在他之后的近百年的发展中,人们也有一种错误的直觉,似乎对平面上微分方程的解曲线弄清楚了,对高维空间便也差不多了解清楚了.事实又大出意料之外.1963年,美国的气象学家洛伦兹(E.N.Lorenz),将流体力学有温度的对流方程通过三角级数求解只取前3个未知数得到一个3个一阶联立方程,而且向量场除了两个二次项之外全是线性项.他借助于早期的电子计算机花了一二年的时间去求解,发现了解的奇怪性态.即是说发现了除周期解外,还有一种更为一般的围绕两个奇点来回绕的解.后人也把这种解称为奇怪吸引子.奇怪吸引子的发现是整个科学界的大事.它说明,300年来,人们对动力学非线性方程解的行为了解得还是过于简单化了.所谓初值即可决定过去未来的一切,只不过是这种简单化了解的一个侧面而已.随后,从60年代起,人们又发现一类解,看上去方程的解是确定的,但在某些条件下,解的行为完全是随机的.这就是所谓的混沌解.经过了100多年研究而成效甚少的湍流现象也可以认为是一种混沌现象.早在40年代人们就曾猜测混沌是一种多次分岔的结果.近年来计算机的求解,更增强了人们的这种信念.原来,人们对运动形态多样化的认识是逐步深化的.起初人们认识到一类系统,例如单摆,有很小的阻尼,不管初始条件怎样,它的运动都趋向一个极限:静止不动.相空间中这个与初始条件无关的极限点,便称为一个吸引子.后来发现吸引子可以是一个周期运动.例如一只上足了发条的表,只要发条还满,它总是进行周期运动.吸引子将运动限制在它邻近的有限空间内(不到无限远去).奇怪吸引子也是一类吸引子.而混沌是更为复杂的吸引子.浑沌运动的特点是无论初条件如何,随时间的增长,系统在相空间的轨迹始终在有限部分,而且还不重复(若运动回复到原来经过的一点,便会形成周期运动.)也不趋于一点或一条线.所以它是十分复杂的运动.有人把混沌通俗地说成是“差之毫厘,失之千里”,这还有点不准确.从一点出发沿射线方向向无穷远运动,虽然初方向的任意小的偏差会在无穷远处造成任意大的误差.但这种运动还是十分简单的、规则的,它并不是混沌.一般认为在进入混沌运动之前必然有一个运动分岔的过程.从以上简要叙述可以看出,人类认识像混沌这样复杂的运动是颇为了不起的成功.从经典力学系统建立起,它是经过数百年摸索和寻求的产物.至此,人们对方程确定的解和求解的了解,是否已经可以心满意足了呢,我们还不能满足.大约是1964年,美国物理学家、诺贝尔奖金获得者费曼(L.S.Feynman)在他的《物理讲义》中用简短而精炼的语言概括了这种人们对求解一无所知的情况,他说:“我们已经写下了水流的方程.由实验的方法我们发现了一系列概念并用之去讨论近似解———涡街、湍流尾迹、边界层等.当我们有一个类似的方程,而且我们还不能对它做实验,我们希望即使以含糊的不能完全肯定的初等方式去解这些方程,去了解从这些方程能得出什么新的定性特点.例如,对于太阳,可看做由氢构成的球,无太阳黑子和硬块,也没有凸起与下凹,即使这样,我们也还没有找到求解办法,…….人类智慧觉醒的下一世纪,也许可能产生一个去了解这些方程定性含义的方法.而今天,我们还不能”.至此,300年来的历史至少可以告诉我们以下几点:第一,说经典力学的框架等于确定论、宿命论,无论是牛顿、拉普拉斯自己还是攻击他们的人,都是对运动的了解过分简单化了.因为近30年的研究表明,即使在经典力学运动方程中,便已包含了混沌解,包含了随机解.而这种简单化的根源是对于已有非线性方程解的复杂情况缺少认识所致.第二,对解的复杂性的认识,依赖于求解工具的改进.奇怪吸引子是在电子计算机帮助下得到的.可以这样说,电子计算机引起了对运动方程解的复杂性深入了解.可以想象“人类智慧觉醒的下一世纪”,也许预示着更为充分地应用电子计算机.第三,即使今天,我们拥有的对方程的求解手段,特别是对非线性方程的求解手段还是十分贫乏的,我们几乎还没有什么普遍有效的办法去应付任何非线性问题.看来,科学的任务不仅包含提出和修改模型,提出和修改方程,对于非线性问题,发展求解手段,了解方程解的定性性质,已成为发展自然科学另一方面的重要而紧迫的任务.第四,如果说从本世纪20年代开始的以爱因斯坦与玻恩为首的关于量子力学解释的争论,是关于客观世界中随机性和偶然性解释的分歧,那么,分岔受到人们注意以及混沌的发现,人们从中是否看到在分歧背后有可能达到新的统一的一线光明.就是说,在原先认为完全确定的方程中,一定条件下,人们得到了随机解.另一方面,在随机方程(例如薛定锷方程)在一定条件下趋于确定解,或者它是原先认为的确定问题的随机情形也未可知.现在,尽管有的作者在写文章中明确宣称自己拥护爱因斯坦或玻恩,但在他们的立论中,却都相互增加了许多共同点.总之,我们面对的是认识世界的一切事物,只有当我们的模型愈精确,方程愈完善,对解的了解愈全面,在一定情形下,能求解充分精确,则我们对自然界的认识会愈深刻.从另一方面讲,历史的经验告诉我们,在没有对问题的解有足够了解之前,切不可说大话,对已经得到的结果应当审慎地推广.力学一方面是工程技术的基础,而另一方面,力学作为人类认识整个宇宙万物运动的工具,它的历史任务迄今还远没有完结.参　考　文　献　1塞耶H1S1(美)编.牛顿自然哲学著作选.上海:上海人民出版社,1974　2艾米里奥・塞格莱(意)著.物理名人和物理发现.知识出版社,1986　3伏・恩・瑞德尼克(苏)著.量子力学史话.北京:科学出版社,1979　4詹姆斯・格莱克(美)著.混沌———开创新科学.上海:上海译文出版社,1990　5Feynman L S.Lectures on Physics,Vol.II,Addison2Wesley Publishing Company,1964　6洛伦兹E N(美)著.混沌的本质.北京:气象出版社, 1997　7李醒民著.激动人心的年代.成都:四川人民出版社, 1984。

力学发展简史

经典力学发展简史姓名：周玉全力学是物理学中最早发展的分支，它和人类的生活与生产关系最为密切。

经典力学是力学的一个分支。

经典力学是以牛顿运动定律为基础，研究宏观、低速状态下物体运动的一门学科。

力学的发展可谓与人类生活与生产息息相关。

早在遥远的古代，人们就在劳动生产中应用杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，促进了静力学的发展。

公元前二百多年，古希腊的阿基米德提出了杠杆原理以及浮力定律。

而我国古代的春秋战国时期，以《墨经》为代表作的墨家，总结了大量力学知识。

虽然这些知识尚属于力学的萌芽，但不妨它在力学发展史中占有一席之地。

在古代，由于人们缺乏经验以及生产水平低下，没有适当科学仪器，导致力学的发展受到抑制。

古希腊时代的亚里士多德主张物体速度与外力成正比、重物下落比轻物快、自然界惧怕真空等，看起来的确与经验没有明显矛盾，因此这些理论长期没人怀疑。

当然力学长期得不到较大发展还与西方教会利用所谓“科学”奴役人们思想有关。

这点最为人所熟知便属“地心说”了。

托勒密的“地心说”因与《圣经》内容相符，再加上按地心说预报的行星位置在当时目测精度下与实际位置相差不多，故被人广泛接受。

首先揭开科学革命序幕、反对一直被奉若圭臬的“地心说”的是天文学领域。

公元1543年，哥白尼发表了《天体运行理论》来具体论述日心体系。

但这一新思想一开始并未能得到世人的广泛认识，因为当时教会仍然占有统治地位，而日心说与《圣经》内容相悖。

科学发展越快，教会越趋极端，凡是不符合教会思想而另有主张的人，都会遭到迫害。

意大利思想家布鲁诺就是一位信仰和宣扬哥白尼体系而英勇献身的科学殉道士。

他认为宇宙是无限的，在太阳系之外还有无数的世界，这比日心说更为有力的冲击了教会的教义，因此被处以火刑。

但科学并不会因惧怕火刑而驻足不前。

德国天文学家开普勒在基于天文学家第谷毕生积累的天文观测资料的基础上，经过计算，得出了开普勒第一和第二定律，并在1609年出版的《新天文学》一书中，公布了这两条行星运动定律。

力学的“前世今生”

力学的“前世今生”力学是最原始的物理学分支之一，而最原始的力学则是静力学。

静力学源于人类文明初期生产劳动中所使用的简单机械，如杠杆、滑轮、斜面等。

古希腊人从大量的经验中了解到一些与静力学相关的基本概念和原理，如杠杆原理和阿基米德定律。

但直至十六世纪后，资本主义的工业进步才真正开始为西方世界的自然科学研究创造物质条件。

力学知识最早起源于对自然现象的观看和在生产劳动中的体会。

人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐步积累起对平稳物体受力情形的认识。

古希腊的阿基米德对杠杆平稳、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的共性规律，初步奠定了静力学即平稳理论的基础。

古代人还从对日、月运行的观看和弓箭、车轮等的使用中了解一些简单的运动规律，如匀速的移动和转动。

然而对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐步有了正确的认识。

伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。

牛顿继承和发展前人的研究成果（主要是开普勒的行星运动三定律），提出物体运动三定律。

伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。

牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。

此后力学的进展在于它所考虑的对象，由单个的自由质点转向受约束的质点和受约束的质点系，这个方面的标志是达朗贝尔提出的达朗贝尔原理和拉格朗日建立的分析力学。

欧拉又进一步把牛顿运动定律推广用于刚体和理想流体的运动方程。

欧拉建立理想流体的力学方程可看作是连续介质力学的肇端。

在此过程中，有关固体的弹性、流体的粘性、气体的可压缩性等的物质属性方程差不多相继建立。

运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固体力学理论和粘性流体力学理论孪生于世，在这方面作出奉献的是纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人。

弹性力学和流体力学方程的建立，使得力学逐步脱离物理学而成为独立学科。

另一方面，从拉格朗日分析力学基础上发展起来的哈密顿体系，持续在物理学中起作用。

力学人物漫谈

力学人物漫谈牛顿 Isaac Newton伽利略逝世的1642年，牛顿(公元1642－1727)来到人间。

真是天降大任于斯人，必先苦其心志，劳其筋骨。

这牛顿末出娘腹，父亲便去世；不到两岁，母亲又改嫁。

在舅舅和外祖母的抚养下，他从小体弱多病。

1661年6月，他以“减费生”身份考入剑桥大学三一学院。

伦敦在1665年一个夏天便死了二万多人。

学校只好放假，牛顿卷着铺盖又回到老家沃尔斯索普村。

这段时间里，牛顿偶然从树上掉下的苹果得到启发，在家乡一边研究万有引力，一边与青梅竹马的女友斯托里小姐谈恋爱。

可是他对于科学未免太痴，以至于怠慢和惹恼了爱他的姑娘。

他虽然想挽回局面，重叔旧情，但镜已破碎，终难再回。

这是牛顿的第一次恋爱，也是他一生的最后一次恋爱。

以后他总认为自己是不善于恋爱和组织家庭的，所以终身未娶。

1667年，可怕的瘟疫刚消失，牛顿便重返校园，翌年获硕士学位。

不知是胆怯还是出于慎重，他对自己在乡间从苹果落地而得出的万有引力定律，再未张扬。

1686年，公布有万有引力的巨著《自然哲学的数学原理》第一编也送到皇家学会。

在审查这些论文的会上，牛顿与他的冤家胡克不得不再次相见。

胡克指着牛顿说：“你这是剽窃我的成果，人家早已解决了的问题，你又来著书立说，真是一种无耻的行径。

”，牛顿拍案而起，这个本来很温和的教授，今天也控制不住自己：“你自己一事无成，却好意思指责别人。

我倒真想剽窃一点东西，可是你那计算的手稿到如今也不敢拿出来，以至于我真不知该到哪里去剽窃。

我不知一个只知吹牛撒谎的人，怎样会混到这样的身份”。

胡克一听火冒三丈：“对不起，皇家学会现在经费困难，拿不出一个先令来印甚么原理”。

1687年夏天，这部科学史上划时代的巨你《自然哲学的数学原理》终于由哈雷的主持和资助出版了。

牛顿的苹果树，剑桥大学植物园自然哲学的数学原理剑桥大学三一学院四方院剑桥大学三一学院礼堂阿基米德Archimedes公元前287年，阿基米德诞生于西西里岛的叙拉古(今意大利锡拉库萨)。

力学史杂谈一三

处理作为轻颗粒,用高尔夫球和塑料球作为重颗粒来模拟雪崩时出现的头尾结构;还有人提出了新的泥石流的混合模型.其它在非线性波、可压缩流、磁流体、环境流、拓扑流、地质流、气泡与空化、流体力学数值方法等方面都发表了一些很有意义的论文,限于篇幅,不再赘述.最后,必须一提的是L igh th ill 教授的闭幕式上作了“台风、飓风和流体力学”的大会报告,用大量的、详尽的资料生动地介绍了风暴的形成、特点和所造成的灾害.其中部分内容和观点曾在1992年北京召开的“强热带风暴灾害”国际会议上作过介绍. 总之,这次大会是4年来流体力学领域进展的一次检阅,反映了国际上近期研究的一个侧面,其动向和进展是值得我们注意或借鉴的.(何友声供稿)}力学史杂谈(一)—(三)武际可(北京大学力学与工程科学系,100871)(一)汉语中“力学”一词考源摘要　本文通过历史回顾,说明汉语中“力学”一词的来源.关键词　力学,重学将西文M echanics 一词译为“力学”是何人开始的呢?这人不是力学家,也不是自然科学家,而是清末民初的大思想家、大翻译家严复(1853～1921)(图1).图1 严复在他翻译英国自然科学家赫胥黎(T .H .H ux 2ley ,1825～1895)的《进化论与伦理学》一书的序言(严译书名为《天演论》)中说:“夫西学之最为切实而执其例可以御蕃变者.　名、数、质、力四者之学是己”(图2).这里严复的名学指逻辑学,数学与力学即今之数学、力学、质学指今之化学.严复译这本书的时间是1895年,第1版是1898年,这是迄今所知在汉语中用“力学”一词统括今之力学内容的最早的版本.图2 在中文的力学文献中最早的是明朝天启七年(1627年)由意大利传教士邓玉函(T errenz ,Jean 1576～1630)与华人王征合译的《远西奇器图说》一书,书中称力学为“力艺”或“重学”.清朝时期,英国人爱约瑟(1823～1905)与李善兰46力学与实践(1811～1882)合译英国力学家胡威立(W illiam W hew ell,1794～1866)的力学著作《初等力学教程》译名为《重学》.之后李善兰又与英国人伟烈亚力合译牛顿的名著《自然哲学的数学原理》译名为《奈端重学》,但未出版.直到1890年前后,英国人傅兰雅(J.F ryer,1839～1928)以汉语书写自然科学基础教材《格致须知》时,其中有一章为《重学》,一章为《力学》.然而在他的行文中看出,重学分两部分,一为静重学,一为动重学,后者也称为力学.即是说,他将今动力学部分称为力学,还不是现今意义下的力学.所以说,严复实是将“M echanics”译为“力学”的第1人.而且他也是中国人自己学通外语,从外文译成中文译书的第1人.在他之前的翻译家,大多是由外国人口授,中国人笔录的合作翻译.少量是由外国人译为汉语的.在汉语中,古文行文中亦有“力学”一词,但那是指努力学习之意,与自然科学中之“力学”含义没有关系.(注:文中图片引自:《严译名著》,商务印书馆, 1982年)(二)早期中国的力学是外国人送上门来的摘要　列举历史史实说明早期中国的力学是外国传进中国的.关键词　重学,格致须知 19世纪末在中国致力于介绍翻译西方科学著作的英国人傅兰雅(J.F ryer1839～1928)于1890年前后,在他编写的《格致须知》的《重学》一卷的引言中,有如下一段话:“至于重学,不但今人无讲求者,即古书亦不论及,且无其名目.可知华人无此学也.自中西互通,有西人之通中西两文者,翻译重学一书,兼明格致算学二理”.傅兰雅(图3)是1861年来中国的,1896年离华赴美,在中国的35年间,主要从事翻译介绍西方自然科学与工程技术.他一生中共译书129种之多,还有著述如《格致须知》等多部.傅兰雅的这段话说明中国古代没有力学,还说明早期中国的力学是外国人送上门来的.事实上,中国古代虽然力学知识源远流长,各种古籍记载中,有丰富的力学知识的积累.但是这些知识与西方系统的力学知识相比,还远未形成一门独立的学问.图3 其次,中国早期的力学著作正是象邓玉函、伟烈亚力等西方人士带来中国并同中国人王征、李善兰等合作译为中文的.按照傅兰雅的说法,是否会否定和无视中国古代的力学知识,　导致民族虚无主义呢?不会的,它恰能使我们看到我们民族文化传统的不足,而虚心学习,引进外来文化.　在力学领域尤其是这样,20世纪以来,特别是1949年以来中国力学的发展历史更加证明之一论断的正确性.最早的一批力学家大都是留学归来的学者,然后在国内培养新的一代力学学者.而且即使在力学学科有了一定的发展之后,还要不断重视与外国学者的交流,还要派留学生,进修生出国深造.在明清两代,长达三、四百年的历史中,不乏一批有识之士认识到应当向西方学习自然科学,但由于守旧势力过强,采用夜郎自大闭关锁国的保守政策,造成力学传来中国并逐步普及并认识其重要性经历了一个漫长曲折的过程.直到1933年,才翻译并由商务印书馆出版了牛顿在1687年的重要著作《自然哲学的数学原理》.傅兰雅这段话在今天仍有现实意义.回味它会使我们振奋精神,使我们实行开放政策,使我们从不自满.须知,科学是没有国界的.(注:文中图片引自:熊月之著《西学东渐与晚清社会》,上海人民出版社,1994年)(三)钞票上的力学家摘要　本文以钞票上印有牛顿、欧拉头像的事实说明力学家在社会上具有的重要地位.关键词　牛顿,欧拉,力学,数学,力学家56第19卷(1997年)第1期钞票上的图案,世界各国都各有各的特点.有的钞票上以政治家头像为主,如美国的美元.有的以政治家与文化名人为主,如英磅,正面为伊丽沙白二世头像,背面为文化名人.还有的既有政治家也有工农兵知识分子群像,如中国的人民币.著名的力学家的头像印在钞票上的有两位,一位是牛顿,在1英镑背面印有他的半身像(图4),在双腿上放着一本厚书,大约就是他的传世之作《自然哲学的数学原理》,边上放着一台他发明的反射式望远镜,再边上是一张表示星球运动轨迹的椭圆图.另一位是欧拉,　在10瑞士法郎正面印着他的头像(图5).背景上有隐约可见的数学曲线图.图4　1英镑背面图图5　10瑞士法郎正面图牛顿与欧拉,的确是力学史上的两位显赫人物.牛顿(1642～1727),除了同莱布尼兹共同发明微积分外,还是经典力学的奠基人之一.他总结出的运动三定律与万有引力定律,成功地解释了天体的运行规律,并且在它的指引下得到一系列天文学的新发现.牛顿力学原理还是整个物理学与自然科学精密化的开始.欧拉(1707～1782)是一位多产的数学家、力学家.他是一位力学上的通才.在后来力学发展的3个主要方向:一般力学、流体力学、固体力学上都做出了奠基性的工作:刚体绕固定点运动的欧拉方程、理想流体运动的欧拉方程、非线性弹性杆理论.欧拉的非凡,还在于他不幸于1735年右眼失明,到1766年另一眼也失明了,然而他仍勤奋工作,工作进度并没有减慢.他一生写过800多篇文章.他的成果遍布在数学、力学的每一个方向上.直到他逝世后35年,他的著作方被全部出版.现在我们通用的自然对数底超越数符号e与函数符号f(　)就是他引进的.牛顿出生在英国,欧拉出生在瑞士.这两位力学家、数学家不仅是属于这两个国家的,　也是属于全人类的.所以将他们的像印在钞票上,以便广为人知,实在是一项非常聪明之举.66力学与实践。

大众力学丛书介绍

大众力学丛书介绍大众力学丛书介绍2006年，中国力学学会理事会换届，老朋友上海大学的戴世强教授担任新理事会的副理事长，并且分工负责科普工作。

老戴一直给我的印象是对分担的工作是很当真的。

他一上任便拉我要共同组织出版一套力学科普丛书。

他的出发点是：力学的科普书籍比起相邻的其他兄弟学科如数学、物理，太少了；社会上对力学不太了解；我们的学生缺少有趣而又有一定深度的课外力学读物。

因此，一定要负起责任将它弄好。

他拉我的原因，我猜想，第一是我断断续续在《力学与实践上》写一点科普文章，说明我对这件事有兴趣，第二，我已经退休而他还在岗，我的空闲时间比他多，闲下来没有别的事情干扰，能够投入较多的精力。

我自己虽然对科普有兴趣，也写一点文章，但一直是停留在个人的兴趣上，零敲碎打，从来也没有单独出书的打算，更没有组织丛书的“野心”。

经过老戴的再三动员，并且一定要我出任主编。

最后总算勉强答应了。

最后组织了一个编委会成员如下：陈立群（上海大学教授）戴世强 +（上海大学教授）刘延柱（上海交通大学退休教授）苗天德（兰州大学教授）佘振苏（北京大学教授）隋允康（北京工业大学教授）王振东（天津大学教授）武际可*（北京大学退休教授）叶志明（上海大学教授）张若京（同济大学教授）仲政（同济大学教授）朱克勤（清华大学教授）朱照宣（北京大学退休教授）（注：后加*者为主任委员，后加+者为副主任委员）后来的发展表明，还是他的看法长远，有宏图，我只不过在他预期计划的框架里做一点具体的组织工作而已。

几年来我们合作得很好，也得到了一些成果。

这套丛书的定位是，以高中和大学一二年级的文化程度的读者为主要对象，文字要尽量生动有较强的可读性，要有新意。

内容将涉及与力学有关的各个方面，基础理论与技术兼顾，人文和科学相互渗透。

后来经过多方面组稿，最后发现，能够有精力投入科普写作的大半还是已经退休的教授或专家。

迄今为止，已经出了8本。

现在将这8本书做一简略介绍。

最近还计划组织出版几本有关力学和游戏、力学和爆炸、力学和天气预报、力学和沙漠治理等内容的著作，估计在明年会和读者见面。

力学史杂谈_六_七_

这首诗是许教授将李白的“独坐敬亭山”改了几个字而成的,李白的原诗是:众鸟高飞尽,孤云独去闲.相看两不厌,只有敬亭山.改好后,他请书法家写了,裱好,以抒发他在当时刚成立的香港科技大学长期工作的决心.李白的原诗是天宝12年(公元753年)写于安徽的宣城,表述他在天宝之乱中孤独无伴的寂寞心情.许为厚教授将“众鸟”改为“众贾”,将“孤云”改为“群仕”以表示那几年,一些有钱的人离港他去,有势的人辞官另就的现象,末了将“敬亭山”改为“清水湾”,“清水湾”是香港科技大学所在地.许教授办公室的窗口正对着清水湾美丽如画的海景.读最后两句,触景生情,可想象他对香港科技大学的无限深情.谢定裕教授和许为厚教授虽在海外工作,他们都曾多次回内地讲学.在海外,他们都深深怀念年轻时学习过的地方和青年时代友谊.许为厚教授无论是在滑铁卢还是在香港科技大学,总是经常向学生介绍他当年在湖塔为伴的北大学习情形和经验.谢定裕教授曾有一本和他一位在重庆南开中学老同学合作的文集,书中专门收集了他同那位三十多年失去联系的同学在80年代恢复联系之后的通信和唱和.谢定裕教授在一篇散文中有一句话:“因为我是生长在大陆,又在台湾读过书,对海峡两岸都有些了解,且有很深的感情.”这句话,也许很贴切地表达了他们两人对中华民族的深情,表达了他们在香港工作的心情,表达了他们报效祖国,推进中华民族科学文化发展的深情厚意.力学史杂谈(六)、(七)武际可(北京大学力学与工程科学系,北京　100871)(六)力学同数学亲如手足摘要　介绍力学和数学的密切关系,并说明中国力学的落后同数学没有相应的几何有关.关键词　力学史,圆锥曲线,几何学1987年,正好是牛顿的《自然哲学的数学原理》发表300周年,为了纪念这件事,《力学与实践》上发表了朱照宣教授的文章《牛顿<原理>三百年祭》.文中说:“<原理>给出的运动定律和万有引力定律,不可能在中国固有的科学技术传统中得出.中国的历史文献中,始终没有加速度这种概念,中国的传统数学也没有为产生加速度和万有引力概念提供必要的工具——圆锥曲线理论……,在欧洲,圆锥曲线理论这一工具是现成的,早在古希腊,阿波罗尼(Apollnius,约公元前260年～190年)在他的《圆锥曲线论》专著中列出了400个命题……”这段话生动地说明了力学的发展,需要相应的数学的条件.从另方面,我们在俄罗斯著名数学力学家³.º.阿诺尔德的著名教科书《经典力学的数学方法》(齐民友译,1992,高等教育出版社)的序言中看到,“许多现代的数学理论都来自力学问题,后来才有了公理化的抽象形式,使它们很难读了.”这又说明数学的发展同样以力学发展为条件的.n维空间的引进,变分法的产生,微分方程求解与定性理论的发展等等,无不是受力学的推动,或本身就是力学问题.数学同力学两个学科的这种亲密关系,其实在古代,许多力学家与数学家就已经认识到了.古人的许多精辟的见解,对我们现在处理数学同力学的关系,也还是有教益的,所以不妨选一些较为有代表性的文字介绍一下.1543年,哥白尼的划时代的天文学著作《天体运行论》出版时,出版商在扉页上写了一小段关于该书的广告,它的最后一句是:“没有学过几何的人,不准入内.”该书实际上是讲述天体的运动学,这句话准确地说明了运动学与几何学的依存关系.意大利文艺复兴时期的著名艺术家达・芬奇,虽然他留给世人的数学与力学方面的工作并不多,但是他那种重视数学同力学结合的观点都是影响深远的.他认为:大自然按照数学规律运转,自然界的力和动作必须通过数学的研究来探讨”.其实,文艺复兴时期的这种思想也不是新的,早在古希腊大哲学家柏拉图(约公元前428年～348年)就说过:“数学是现实的核心”.这一思想将物理世界与数学紧密结合,一直是推动数学与力学发展的主导.意大利文艺复兴时期的思想,随着由罗马派来中国的传教士也部分地被带到了中国.1607年(明万历35年)徐光启与传教士利玛窦合译了欧几里得的《几何原本》的前6章,徐光启在序中说:“此书为益,解令学理者祛其浮气,练其精心,学事者资其定法,发其巧思,故举世无一人不当学,……,窃意百年之后,必人人习之,即又以为习之晚也.”中国的传统数学中,比较重视计算,而几何和逻辑推理论证是相对薄弱的.徐光启这里大力提倡几何学,虽然引起了一些反应,例如康熙皇帝就将《几何原本》念了12遍,但终于普及过慢,现在看来,虽然民国以后在中学逐步讲授几何学却仍然不得不“以为习之晚也”.1627年(天启7年)王征与传教士邓玉函(意大利人)合译了力学著作《远西奇器图说》,这是我国出版的最早的力学著作.书中对数学同力学的关系阐述得非常好,书中说:“造物主生物有数、有度、有重、物物皆然.数即算学,度乃测量学,重则此力艺之重学也.重有重之性理,以此重较彼重之多寡则资算学,以此重之形体较彼重之形体大小,则资测量学.故数学、度学、正重学之所必须,盖三学均从性理而生,如兄弟内亲不可相离者也.”此处重学、力艺即今之力学,该书主要讲静力学与简单机械.这段话把力学、算学(即计算,数学),度学(即几何学)三者的亲密关系比喻得很好.书中还说:“天下之学,或有全美,或有半美.不差者固多,差之者亦不少也.惟算数测量,毫无差谬,而此力艺之学根于度数之学,悉从测量算数而作,种种皆有理有法,故最确当毫无差谬者,惟此学为然.”这段话,又将力学与数学,几何学之精确推理相联系,故力学是没有误差的精密科学,因而是完美的学科,并将追求精密与追求科学美结合在一起.经典力学的奠基人之一,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中,是这样说的:“几何学是建立在力学的实践之上的,它无非是普通力学的一部分,能精确地提出并论证测量的方法.但因手艺主要应用于物体的运动方面,所以通常认为几何学涉及物体的大小,而力学则涉及它们的运动.有这个意义上,推理力学是一门能准确提出并论证不论何种力所引起的运动,以及产生任何运动所需要的力的科学.”可见牛顿在阐述力学同数学的关系上,也是继承了从古希腊到文艺复兴时期的传统的.总括起来,从历史发展过程来看,力学同数学的关系是密切不可分的.换句话说,有什么样的数学,便有什么水平上的力学.微积分之前,力学只能是静力学与天体圆运动与椭圆运动.发明微积分后,力学才弄清了运动方程,几百年中建立了各式各样的运动方程,并寻求解方程的手段.这个时代也可称之为与分析方法相应的力学时代.反之,力学发展也大大促进与充实了数学的发展.现在由于计算机的发明,人们又看到数学受到计算机的冲击产生大的变化.力学呢?与数学一样,不是也在发生并已经发生了大的变化吗!?(七)8′差异引起的革新摘要　本文介绍了Kepler三大定律发现经过,由于他对观察数据的严肃态度,从而发现了天体沿椭圆运动的规律,从而打破了行星沿圆运动的古代结论.关键词　Kepler三定律,日心说,火星轨道1543年,哥白尼出版了他的著作《天体运行论》,从而打破一千多年的托勒密的地心说的统治,奠定了日心说.不过无论是地心说还是日心说,都认为行星运动都是沿着圆形轨道运行,或是沿着若干圆(本轮、均轮)形轨道作复合运动的.由于观察的精密,与理论表现误差愈来愈大,于是这种复合的圆便愈多,再加上这些圆可以是偏心的.所以经过不断修正,这种复杂的运动同实际观测误差不大,还是相当精确的.最早打破行星的运动轨道是圆的限制的是德国天文学家开普勒(Johannes K epler1571年～1630年).他经过长达9年的推算,并且不放过理论与观测只有8′的误差,终于得出一切行星绕太阳运动轨道是椭圆,太阳位于一个焦点上.这便是著名的开普勒第一定律.而这个结论实际上是开普勒的老师第谷(T ycho Brahe 1546年～1601年)与他本人经两代人的观察、计算,积数十年辛苦的结晶.第谷是丹麦人,从小喜欢钻研天文.1576年,在丹麦王腓特列二世资助下,第谷得以在汶岛建立一座颇具规模的天文台.第谷在这座天文台观察了21个年头,直到1597年腓特列王故去,他失去了资助.这段观察他积累了极为宝贵的观测资料与数据.1599年他受聘到布拉格任奥国御前天文学家.次年,1600年,开普勒来到布拉格任第谷的助手.第谷终身辛勤观测,有很高的精度,而理论上却不擅长.他还是没有接受日心说,而为地心说修修改改.开普勒呢,他从小视力不好,没法进行精密观测,但却善于理论推理.恰好1601年,第谷撒手人寰,临终前他将全部资料与数据交给开普勒.开普勒便对这批珍贵资料进行加工整理.图1　第谷像图2　开普勒像与第谷不同,开普勒是日心说的热心拥护者.开普勒首先注意到在第谷数据中关于火星的资料.早在哥白尼之前,人们就曾注意到当太阳、地球、火星处于一直线上,太阳、火星在地球的两侧这种情形,称为“冲”.这可以从太阳、火星与其他星球的视角度间接推算,当从地球上看太阳与火星夹角为180°时就是“冲”.人们早就注意到,每过780日火星“冲”一次.哥白尼从这个数字经过推理,算出了火星绕太阳的实际周期T为687日.事实上地球在780日中绕太阳走过了2周又49°,而火星走过了1周又49°,即总共走了409°,通过简单的比例可算出T=360×780/409=687(日).这就是说在第谷20多年不间断的观测火星记录中,开普勒找到了12次“冲”的记载.开普勒从一次“冲”开始,当过了687日时,火星绕太阳回到原处,而地球绕了还不到2周(差43天),如图3,43天对应于U1角,而S E1M角,可以在当时实测太阳、火星夹角得到.设SM为1,便可以简单地算出SE1.图3　地球轨道的计算同样再过687天,地球位置在E2可以算出SE2,如此下去,可以得到一串E3,E4,…地球的位置,从而将地球的轨道画出来,开普勒发现地球轨道是一个圆,而太阳却不在圆心,据他的计算,太阳距圆心大约为半径的1/59,约为半径的0.017倍.开普勒还注意到地球运动速度是不均匀的,在近日点比远日点角速度要快.开普勒接着去推算火星的轨道.很自然地,他认为火星轨道也是一个偏心圆,但是太阳的偏心在什么方向,偏心距多大,需要推算.为此,他从第谷的12组冲的记录中,选择了4组,即轨道圆上的4点来推算太阳的位置.在当时,这是一项十分复杂的计算工作,他先假定一个太阳位置,然后计算,反复调整.大约进行了70次计算,费了近4年的时间.终于定下一个比较满意的偏心圆轨道.但是,这个轨道虽然与选定的4次冲符合很好,对于另外8次冲却有误差.这个误差大约是8′角度,这是一个不大的误差.8′是一个圆周角的8/(360×60) =1/2700.不过,开普勒心里清楚,这仍然是一个不能允许的误差.因为第谷的实测误差绝对不会超过2′.开普勒为了追求更高的精度,终于不得不打破火星轨道是偏心圆的框框.他试验了多种圆和类似卵圆的曲线.最后他才试验椭圆轨道.结果12次冲符合得非常好.他最后推求火星实际轨道的方法,可表为如图4.令M1,M2,M3,…分别是火星冲的位置,E1,E2, E3,…是冲后过687天地球的位置,这时火星仍在原位置上.因为S E1,S E2,S E3,…是已知的.度U1,U2, U3,…也是已知的,S E i M i角可由实测给出,所以可由三角形S E i M i 算出SM i 长度.12次角冲的数据图4　火星的轨道表明S M i 在椭圆上,而太阳是椭圆的一个焦点. 开普勒在推算地球为火星轨道同时,还发现了所谓开普勒第二定律即从太阳到行星的矢径在相等的时间内,扫过相等的面积.之后,他还发现了第三定律即各个行星运动周期的平方与各自离太阳的平均距离的立方成正比.这三个定律合称开普勒关于行星运动的三定律.这三条定律,都收在他1619年出版的专著《宇宙的和谐》一书中.有了开普勒三定律与伽利略的落体加速度规律.万有引力定律与力学系统的建立便是呼之欲出的事情了.所以我们也可以说开普勒所没有放过的8′之差,在力学发展史上起了多么大的作用啊!整个自然科学的发展史说明,没有一丝不苟就没有科学.(本文于1996年11月5日收到)(上接第52页) 而根据文献[2],按工字形和箱形梁腹板上实际剪应力的二次分布计算出的剪切形状系统K 2的计算公式如下K 2=A A f õ6(1+15B +30B 2)5(1+6B )2(2)式中,B 为翼缘与腹板面积之比.若令A =K2K 1　,则A =1.2(1+15B +30B 2)(1+6B )2(3) 显然,无量纲系数A 反映了目前结构力学及材料力学中近似处理法的误差,而且也反映了这种近似处理对工程设计的影响性质,若A >1,则这种处理是危险的;若A <1,则这种处理是安全的.为了直观全面地说明其影响情况,绘出A -B 关系曲线如图1.图1　A -B 关系曲线由图可以看出,A 永远大于1,而且当B =0.1时,A 取得最大值,且A max = 1.3125,即最大误差为31.25%.因此,这种近似处理法是危险的.2　应用举例已知某深孔弧形钢闸门的主梁,梁高h =1.335m ,截面为双轴对称工字形,翼缘面积A 1=80cm 2,腹板面积为A f =388.5cm 2,则B =A 1/A f =80/388.5=0.206,由式(3)得:A = 1.2872.所以,实际剪切形状系数K 比按近似方法计算的K 值大28.72%.由此可见,若按近似公式计算剪切形状系数值K ,将会是很危险的.根据工程实践,对于薄壁深梁系数B 往往介于0.2～0.8之间,在此区间内,实际值总比近似值要大15%～30%,对工程设计是极不安全的.因此,对于这种薄壁深梁不能再按近似方法计算K ,必须按精确方法计算.同理,对于单轴对称的工字形及箱形截面,由于剪应力分布更不均匀,因此可以推断此时采用近似处理方法将更不安全.参　考　文　献1　龙驭球,包世华编.结构力学教程.北京:高等教育出版社,19922　王正中,沙际德.深孔钢闸门主梁横力弯曲正应力及挠度计算.水利学报,1995,(9)3　水电站电设计手册编写组.水电站设计手册.金属结构(一).北京:水利电力出版社,1988(本文于1995年10月16日收到)。

力学的发展史

影响
可以发现，所谓冲力与伟大的物理学家牛顿后来提出的惯性定律有一定程度上的接近，可以说是惯性的雏形，体现了科学思想不断完善的过程。
五、阿基米德对力学的发展

阿基米德(Archimedes，约公元前 287～212)是古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。阿基米德在力学方面的成绩最为突出，他系统并严格的证明了杠杆定律，为静力学奠定了基础。在总结前人经验的基础上，阿基米德系统地研究了物体的重心和杠杆原理，提出了精确地确定物体重心的方法，指出在物体的中心处支起来，就能使物体保持平衡。

《物理学》是亚氏的重要著作之一 ,其中运动学说又是其核心内容运动的本性 1、运动的连续性（1时间的连续 2量的连续） 2、运动的过程性亚氏把每一类事物分为现实的和潜能的 .他认为从潜能到现实的过程 , 即事物生长成形过程 ,体现了运动 3、运动的物质性离开了事物就没有运动。事物不仅是运动和变化的 " " 承担者 ,也是运动和变化的认识者。 4、运动的时空性时间不能脱离运动，并且任何运动是连续的。
五、阿基米德对力学的发展

阿基米德(Archimedes，约公元前287～212)是古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。阿基米德在力学方面的成绩最为突出，他系统并严格的证明了杠杆定律，为静力学奠定了基础。在总结前人经验的基础上，阿基米德系统地研究了物体的重心和杠杆原理，提出了精确地确定物体重心的方法，指出在物体的中心处支起来，就能使物体保持平衡。阿基米德定律（Archimedes law）是物理学中力学的一条基本原理。浸在液体（或气体）里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。其公式可记为F浮=G排=ρ液· g· V排液。

力学中的历史趣闻

力学中的历史趣闻人类对于力学的研究可以追溯到古代文明时期。

力学是物理学的一个重要分支，研究物体在力的作用下的运动规律和力的相互作用。

在力学的发展过程中，有许多有趣的历史趣闻。

本文将为您介绍一些力学中的历史趣闻，展现力学的发展历程和引人入胜的故事。

1. 阿基米德的浴缸故事古希腊数学家和物理学家阿基米德是力学发展中的重要人物之一。

阿基米德生活在公元前三世纪，他以其在浮力和杠杆方面的研究而闻名于世。

据说，当阿基米德洗澡时，他发现自己置身于浴缸中时会发生位移，于是他产生了研究浮力的灵感。

他在浴缸中体验到被水推动的感觉，这启发了他对浮力的研究，最终导致了他著名的“阿基米德定律”。

2. 伽利略与斜面实验意大利科学家伽利略是实验力学的奠基人之一。

他生活在16世纪末至17世纪初，他的探究和实验为力学领域的发展做出了巨大贡献。

据说，伽利略曾经在比萨斜塔上进行实验，这个实验被称为斜面实验。

他从比萨斜塔上滚下两个不同重量的球体，结果发现它们在同样时间内到达地面。

这个实验揭示了重力在所有物体上的作用是相同的，不论其质量大小。

这个发现为后来的万有引力定律奠定了基础。

3. 牛顿的苹果故事伊萨克·牛顿是力学史上的又一位重要人物。

据传，牛顿在17世纪末的一个宁静的夏日下，坐在树下时，有一个苹果从树上掉下来。

这个小小的事件让他开始思考重力之谜，最终导致了他对物体运动的研究，进而发展出了经典力学的三大定律。

这个故事，被称为“牛顿的苹果故事”，象征着科学的探索和发现。

4. 奥地利洛伦兹球队的传说除了西方世界，东方的历史中也有一些关于力学的传奇。

在中国，有一个古老的传说称为“奥地利洛伦兹球队的传说”。

据传说，在中国古代，有一支叫做奥地利洛伦兹的球队，他们使用一种特殊的球拍，能够在球拍的一端吸引紧邻的木球，从而使木球保持悬浮状态。

这个故事虽然并非真实，但它展示了人们对于运动中的力学原理的好奇和探索欲望。

5. 爱因斯坦的相对论力学的发展并没有止步于经典力学。

力学史杂谈_十_

力学史杂谈(十)武际可(北京大学力学与工程科学系,北京100871)(十)力学的发展和钟表摘要本文简要讨论钟表的发展历史以及它和动力学历史的关系.摆钟发明的主要人物也是动力学的主要开创者.在西方摆钟的发明与改进揭开了近代技术的序幕.关键词摆钟,计时器,动力学,力学史莎士比亚写的戏剧5朱利奥#凯撒6的第2幕第2场中有一段凯撒和他的仆人布鲁特斯的对话:凯:,,现在几点了?布:凯撒,已敲过8点了.其实在凯撒时代(公元前1世纪)根本就还没有报时钟,能自动敲点报时的钟大约是那时代往后1400多年才发明的.莎翁以自己的生活经验写他之前1600多年的事.由于没有注意计时的历史发展进程,闹出了笑话.犹如我们现在写莎翁打电话一样荒唐可笑.在现在社会中,钟表不仅是科学技术中重要计量手段,而且已经变成日常生活的必需品了,然而人类计时的发展是经过漫长的岁月的,本文就是要着重谈谈与钟表发展历史有关的一些问题.计时手段的发展和力学的学科发展有着十分密切的关系.力学的发展依赖于计时,力学的发展又反过来促进计时手段的发展与革新.我们常说,力学是研究物质机械运动的学科.所谓机械运动是指物体在空间中,在时间过程中发生的位置变化,力学本身又可以分为静力学与动力学两个部门.静力学是研究力平衡的学问,和时间关系不大,所以大约在16世纪,在较精密的计时装置发明之前,斯提文(Simon Stevin,1548年~1620年)以发现了力的平行四边形合成定理而宣告静力学的系统化.在他的5静力学6专著中只用到了几何学.而动力学就不同了,它的确立必然要和精密的时间量度相联系.所以动力学的发展同精密计时手段的发展是相辅而发展的.为了说明精密计时同力学发展的关系,让我们首先观察一架现代的计时装置由哪些部分组成.拿任何一架钟表来说,它一般分三部分组成,即动力部分、传动部分和控制部分.先从控制部分说起,它是计时器的心脏.它具有一个标准运动装置,是一个标准的依时间均匀的直线运动或等时的周期运动.这部分提供计时系统运动的标准,同时还要有一个称为卡子(擒纵器)的机构,用来将系统的运动和标准运动同步.传动部分是用以将标准运动的时间经过复杂的转换显示出来,例如打更、举旗或文字显示等.动力部分则提供自动计时器运行的原动力或能源.严格地说,这三部分都是与力学不可分的.从远古起,它们就在发展并且积累了相当多的知识.大约在中国南宋时代,薛季宣(1134年~1173年)总结当时的计时手段时说/晷漏有四,曰铜壶、曰香篆、曰表圭、曰辊弹.0这段话被稍后的南宋学者王应麟摘录于5小学绀珠6中.这里/晷漏0是计时器的总称.所说的四种方式我们分别介绍如下./铜漏0是一种用来计时的贮水铜制容器,下部有孔,水不断泄漏,水位下降,指示水位的刻度便可以告诉你时刻.在古代西方与中国都有考古发现,最早出土的漏壶在埃及,大约成器于公元前3400年,形状为顶端大底部小的截锥体,由于水位高时水流快低时水流慢,这样便可以使水位大致保持均匀下降.中国出土最早的漏壶大约在西汉,之后一直到明代还有使用,古书上形容大臣们按时刻去早朝称/待漏0,漏壶后来也有以沙代水的,称为沙漏./香篆0是以点燃一种用木屑加胶制成的条状物(称为/香0)来计时的.中国最早用香作为祭祀与祷告用品,即/香烟缭绕,以达神明0,以后才用以计时,看香燃烧的长度来确定时刻.用香还能制成一种/闹钟0,方法是在香的某个长度上系一段线,线的另一头系一小铜球,当香燃烧到系线处便将线烧断,这时小铜球便落在下面预置的盘中,发出响声.在西方虽然没有烧香一说,但古代有以燃烧蜡烛的长度来计时的方法./圭表0是测日影长度和角度的仪器.直立者为圭表,斜立且底盘有分度的为日晷.它们是一切天文仪器中最为古老的.以日影长度和角度定时间的办法,起源很早,东西方都在三四千年以前.前面介绍的这三种办法,/香篆0和/圭表0都不准确.前者同是一根香,燃烧速度受气温气流的影响很大,而后者不仅因为影子边界模糊不易测准,而且在阴天就失效.比较起来还是铜漏相对好一点.所以在中国古代从周朝开始,据5周礼6所记,就已有专门掌管时刻的官职,如/夏官掣壶氏0等,一直到明代,漏壶才被现代钟表代替.以上三种计时方式还有一个共同的缺点就是显示观察不方便.铜漏的刻度是在壶的内壁,古时不像现在有玻璃器皿,刻度比较方便.怎样能使漏壶的度量变为易于观察的标志,如打点、小人举旗或文字显示.从汉朝到明朝的1000多年中,颇有人动了不少脑筋,通过十分复杂的机构以达到这一目的.这就是所谓/辊弹0,也就是现代钟表的前身.最早的机械辊弹,要数东汉张衡(78年~139年)所造的浑象仪了.他利用漏壶流水来驱动,以一套复杂的齿轮系统传动使浑象均匀地绕极轴旋转,可以调整使其旋转速度和地球旋转速度大致一样.这样一来昼夜星辰出没都可以实际显示出来,因此它又被称为水转浑天仪.不仅如此,它还可以表演月亮盈亏,实际上相当于一架粗制的带日历的大钟.继张衡之后,三国时吴国陆绩、葛衡、宋代的钱乐之、梁代的陶宏景、隋朝的耿询、唐朝的僧一行和梁令瓒、北宋的张思训,都做过浑天仪,而且每次都有改进.图1张衡像最为巧妙的是北宋人苏颂(1020年~1101年)于1088年设计制造的水运仪象台.它的构造在苏颂著的5新仪象法要6中描述得很详细.50年代我国学者王振铎等将它复原于北京历史博物馆陈列.西方类似的机械打点钟最早出现在1335年意大利米兰的一个教堂的钟楼.图2苏颂水运仪象台复原图现在总结一下,直至15世纪,从前述的三部分来看钟表的发展.能源和传动,诚然都和力学有关,而且到中世纪,钟表所用的能源大多是水和重锤的势能.传动部分是齿轮、链条或滑轮.这两部分虽然后来还有很大的改进,但为提高精密度,它们的改进尚不起关键作用.至于控制部分,应当提到的是在苏颂的水运仪象台中,已有了卡子(擒纵器)的机构.这是一件了不起的发明,它使传动和时间标准运动------漏壶的状态严格同步,每漏满一个水斗,在它的控制下具有36个格子的枢轮严格转动一格.据西方学者李约瑟的考证,在公元725年唐代高僧一行就发明了它,早于西方类似的发明至少600年.西方在1335年米兰教堂的钟楼,还没有卡子,它的速度是靠传动末级的摩擦力来控制的.西方钟表的卡子大约是在1396年在法国发明的.然而,以上的原始钟表的精度还是十分可怜的.其根本原因是不管是漏壶还是西方传动末级的摩擦力都不容易精确调整,误差很大.于是寻求标准等时运动的任务,便历史地落在力学家的身上.伽利略(1564年~1642年)是研究摆动的第一人,17岁时,他作为比萨大学一年级学生,对摆的振动发生了兴趣,经过反复实验得到了摆的小摆动周期与摆长的平方根成正比的结论.从而理论上为钟表的核心装置)))摆)))奠定了基础,它标志着一个新时代的开始.伽利略又是精确研究动力学的第一人,图3 伽利略像他对自由落体和摆的研究也标志着人类对动力学研究的开始.1642年伽利略建议利用摆的等时性制造钟,但伽利略未能完成,一年后便逝世了.他的这项遗愿便由他的儿子文生乔来继承,而文生乔工作慢慢吞吞,在8年之后于1649年才着手这项工作,不久也去世了.于是制造摆钟的任务便由荷兰学者惠更斯(1629年~1695年)担当了.图4 惠更斯设计的摆钟1657年,年仅27岁由于发现土星光环而知名的年轻学者惠更斯完成了摆钟的设计.同年荷兰的钟表匠制成了首架摆钟.次年,惠更斯出版了他的专著5摆钟6.在这本书中,惠更斯不仅详细描述了摆钟的机构,更重要的是惠更斯发表了一系列关于单摆与动力学的重要研究结果.例如惠更斯系统地研究了圆周运动,引进了向心力和向心加速度的概念.他在理论上论证了单摆的等时性并给出了其周其中r 为摆长、g 为重力加速度.随后,惠更斯又发现在大摆动时单摆的周期不再是常数,并给出了为了在大摆动时也有等周期的摆线理论.所以我们可以毫不夸张地说,惠更斯在动力学研究上是伽利略的直接继承人.摆钟的发明对钟表精度的改进是非常了不起的,在此之前最好的钟一昼夜误差大约大于15min,而当时最好的摆种可以调整到一昼夜误差不大于10s.至此我们才可以说我们确实有了研究地球上物体动力学的精确计时装置.为了改进钟表,我们还应当提到一位力学家,即英国学者胡克(1635年~1703年).他于1676年发表了对于弹簧的研究结果,被后人称为胡克定律,即弹簧伸长与外力成正比关系.胡克对弹簧研究的开创性的工作,使人们对弹簧了解得越来越多.随之而来出现了两项改进:一项是弹簧发条储能器的改进,另一项是弹簧(或游丝)摆轮的发明,1674年惠更斯制成基于弹簧摆轮的钟表.有了这两项改进.钟表便可以造得更为轻巧,如可以在颠簸环境下工作的钟和可以随身携带的怀表与手表的出现.技高一筹的钟表匠哈里森(1693年~1776年)于1761年以他改型的钟从伦敦到牙麦加的9星期的航海旅程中时钟仅差5s,从而赢得了1714年英国议会为征求航海用钟的悬赏.到18世纪在欧洲钟表进入市场,产生了从教堂、航海、家庭摆设到个人佩戴广泛的需求,之后钟表做得越来越精巧,可以戴在腕上的手表出现了.迄今200多年间,钟表用于测量各种物理量.量测声速、光速、各种振动频律、周期、各种物体的运动以及体育运动检录.此外它还广泛用于航海、航空.各门学科和各门技术的发展无不得益于钟表的帮助.从另一角度讲,钟表的发展和改进可以说揭开了现代技术的序幕.由于对它的需求,需要加工大量钟表零配件,于是产生了现代车床和现代金属加工技术.另一方面,钟表发展又为欧洲的现代技术发展培训了人才.蒸汽机的发明者英国人瓦特(1736年~1819年)、纺织机的发明者英国人阿克赖特(1732年~1792年)、蒸汽机为动力的轮船的发明者美国人富尔敦(1765年~1815年)、蒸汽机车的发明者英国人斯提文森(1781年~1848年)等,他们青少年时代都曾经当过修表学徒或制作匠.有一种流行的观点是很有道理的,认为欧洲的近代科学技术的起源是古希腊的思辩传统与欧洲的手工业传统相结合的产物.前者是以达#芬奇、伽利略、惠更斯与牛顿的动力学发展为代表,而后者便是以钟表工业的发展所培养起的一代新技术人才.谈到中国,在钟表方面确曾有过光辉的历史,有最早的水转浑天仪、水运仪象台,有最早发明的卡子(擒纵器),然而由于这些设备与装置始终限于皇宫之内,没有走向市场,所以在宋代以后,经元明两代兵荒马乱渐渐失传了.旧时中国各行各业都供奉一个开山祖师爷,如木工供鲁班、戏曲界供唐明皇、农民供神农氏等.而旧时上海的钟表铺里供奉的祖师爷,不是张衡,也不是苏颂,却是一位虬髯戟张的洋人.那便是1601年向明万历皇帝进贡两架自鸣钟的意大利传教士利玛窦(1552年~1610年).中国的钟表在中断了自己的历史传统后,不得不从此重新引进.利玛窦带来的钟还不是惠更斯的摆钟.利玛窦来中国后,与徐光启合作首译欧几里得的5几何原本6.随后又在他的建议下罗马教皇派懂自然科学的传教士源源东来.所以他不仅给中国人带来了钟表,而且可以说实是西学东渐的祖师爷.在他之后,明清两代皇帝不断从西方引进钟表的新产品.中国最早自己生产钟表是康熙30年图5利玛窦像(1691年)的事,那时距惠更斯发明摆钟之后仅30年左右.早期的钟表也大半只供宫廷使用.至今在故宫钟表展室中陈列的那些豪华与精巧的洋人贡品与内府打造的钟表,便是那时期中外钟表历史的见证.如前所述,钟表的发展同力学具有十分密切的关系,中国人中较早认识清楚这种关系的是清朝经学大师阮元(1764年~1849年),他在/自鸣钟说0一文中叙述了自鸣钟的构造并特别强调其原理与力学有关,他说:/西洋之制器也,其精者曰重学.重学者以重轻为学术,凡奇器皆出乎此.0/而作重学以为用也,曰轮、曰螺.是以自鸣钟之理则重学也,其用则轮也螺也.0阮元这里说的重学即现今的力学.这段话的基本意思是发展了1627年(明天启7年)西人邓玉函和华人王徵合译的5远西奇器图说6中/能通此学(指重学)者,知机器之所以然0的思想.遗憾的是,能理解阮元等的看法的人很少,力学在中国的传播仍然很慢,至本世纪20年代,随着近代教育的兴起,才开始力学知识的普及与传播.摆钟在人类文明史上立下了汗马功劳,独领风骚300年.在自然科学与技术的各个领域无一没有它的贡献.然而从本世纪50年代开始,钟表的心脏------摆,不得不让位于更精密的时标:石英晶体振动或原子振荡.如果说经过改进的摆钟,可以控制在每年误差在一秒以内,那末,美、德、加拿大等国以及随后于1980年我国研制成功的铯原子钟可以精确到3@105年误差不超过1s.1952年在美国制成了第一块电子手表,从60年代开始石英表投入市场,目前在民用钟表中,机械摆钟表已逐步让位给新的电子表了.参考文献1邓玉函,王徵.远西奇器图说(上、下).上海:商务印书馆,19262中国大百科全书.机械卷(上、下).北京:大百科全书出版社,1987(上接第57页)参考文献1D.J.哈托著.振动分析的矩阵计算机方法.北京:机械工业出版社,19832Meirovitch L.Analytical Methods in Vibrations.The M acmillanCompany,19673刘鸿文主编.材料力学(下册).北京:高等教育出版社, 1992(本文于1997年4月28日收到)。

物理力学发展史

服务人类社会
物理力学的研究成果广泛应用于各个领域，如航空航天、交通运输、能源利用等，为人类社会的进步和发展做出了巨大贡献。
培养科学思维
物理力学的学习和研究过程有助于培养人们的科学思维方式和创新精神，提高人们认识世界和改造世界的能力。
THANKS
感谢观看
数值模拟与实验技术的结合
随着计算机技术的飞速发展，数值模拟在物理力学研究中的地位日益凸显。同时，实验技术的进步也为验证理论模型和探索新现象提供了有力手段。
弘扬科学精神，推动人类文明进步
探索未知世界
物理力学作为自然科学的重要分支，始终致力于探索未知世界的奥秘。科学家们通过不懈努力，不断揭示自然界的运动规律和内在联系。
VS
统计力学发展
十九世纪中叶，统计力学开始崭露头角。科学家们运用概率论和统计学的方法，研究了大量微观粒子的运动规律和宏观热现象之间的关系。这些研究为理解物质的宏观性质和微观结构之间的联系提供了重要工具。
电磁场理论及其对力学影响
电磁场理论建立
十九世纪，电磁场理论得到了快速发展。科学家们通过实验和理论推导，建立了电场、磁场和电磁波的基本理论框架。这些成果为后来的电子学、通信技术等领域的发展提供了重要支撑。
这些数学家的贡献不仅推动了力学理论的发展，而且也为其他领域的研究提供了重要思路和工具。
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十八至十九世纪物理力学发展
弹性力学与塑性力学理论建立
弹性力学基础
十八世纪，科学家们开始系统地研究物体在受力后的变形和恢复现象，奠定了弹性力学的基础。其中，R·胡克于1678年提出了弹性体的基本规律，即胡克定律。
他将微积分应用于力学领域，为力学问题的解决提供了新的数学工具和方法。

力学史杂谈_四_五_

力　学　史　杂　谈(四)、(五)　武际可(北京大学力学与工程科学系,北京　100871) (四)从远古起至18世纪,力学同天文学是一家摘要　本文简要说明古代力学与天文学密不可分的关系.关键词　力学史,天文学,天体运动早期的力学,有关静力学的知识大半是从杠杆的平衡开始的.而有关运动学与动力学的知识却大半是从天体的运动开始的.因之可以说,从远古起至18世纪,力学同天文学是一家.在4000年以前,巴比伦人便知道建造原始的圭表,测它影子长度变化以决定季节.在我国商代(约公元前1600年～1000年)已经知道一年大约为365天多,大月30天,小月29天,并采用干支纪日,印度古代采用约360天为一年.这些早期的天文观测,对太阳、月亮行星的认识,对它们周期变化与运动的认识影响是久远的.至今我们仍是360度为圆周角的度量,就是起因于在不太精确的情况下,太阳在圆周上每天大约在黄道上移动一度.而12这个数字,人们非常爱用(12属相,干支纪日)等,就因为一年内,月亮大约圆缺12次,木星的周期又大约是12年(岁星).最早关于周期运动的认识,是天体位置的周期变化.力学动力学的总结,最早也是由于精确计算并预言天体的准确位置,才使人信服地确定了经典力学的地位.牛顿的《自然哲学的数学原理》是力学的奠基性著作,它的第3编就是“用对宇宙体系的说明来作实例”讲解引力及在引力之下行星、慧星、月球与海洋运动的.的确,周期运动是最易于观察的现象.希腊大哲学家亚里斯多德(公元前384年～322年)在他的《物理学》中就曾说:“圆运动先于直线运动,因为它比较单一、完全”,“循环运动是一切运动的尺度”.这就是为什么古希腊天文学家托勒玫(约90年～168年)直到波兰天文学家哥白尼(1473年～1543年)那时,行星运动都认为是沿着圆形的轨道.自然界还有一类周期现象,这就是振动,声音与乐器.这也是人类很早就感兴趣下大功夫研究的领域.天体运动所以研究得也较早,其原因除了由于历法,农业发展需要订节令的需求外,更主要的是天体运行比较缓慢,易于观察.而振动现象一开始,就由于计时的困难,无法精确化.天体的周期以年为单位,乐器振动周期是数百分之一秒,以A 音为例(即C 调的6)为440H z .这样看来,乐器振动比起天体运动快约1010倍!这样一比就知道精确的动力学只能先从天体开始.而其他周期运动只有在钟表等计时手段充分发展以后能达到足够精确测量的条件下,才逐步精确化的.天体运动比起地球上其他运动来说,还有受力简单的优点,马拉车诚然也是一种常见的力学现象,而且与人们的生产活动关系密切,为什么不是首先精确化研究的对象呢?这是因为它受力太复杂,马的拉力,地的反作用力,各环节的磨擦力,相互交织在一起,难以分析清楚.而天体受力非常简单,仅有别的天体作用的引力.而距离十分远时,还可以略去.所以天体实是早期力学发展研究的最理想的对象.力学的发展历史,正是从研究天体的运动开始的.(五)清初天文学上的一场生死斗争摘要　本文介绍清初围绕西方天文学在中国传播情况与围绕它的斗争.简介汤若望(西方传教士)的遭遇.关键词　力学史,西洋历法,时宪历西方历法在中国传播与实行引发的一场生死斗争,不仅在中国的天文史上,而且也是中国力学史,乃至中国近代科学史上的重大事件.1618年,德国人汤若望(Johann A dam Schall V on Bell ,1591年～1666年)应耶稣会的征募来华,1630年(崇祯3年),主持历局工作的徐光启,由于自己年老(68岁),又在这年他的两位得力助手李之博与邓玉函(后者为意大利人)相继故去,所以极力推荐汤若望并得到皇帝批准协助推进历法的工作. 汤若望协助徐光启完成了《崇祯历书》137卷,其中很大一部分吸取了西洋天文学的成就.在这部历37第19卷(1997年)第2期汤若望像书中有28.不久,明亡,这部历书在明代没有实行.汤若望在两朝交替兵荒马乱之际,保护了这部书的刻版未受损失.清朝占领北京后,汤若望制造了望远镜,日晷,绘了地图连同修改了的历书进呈新皇帝.并且预先推算了1644年农历8月初一的日食,给出了日食初复时刻,届时,皇帝命人验证,结果是按旧有大统历与回回历分别差二刻和四刻,而汤若望预言的分厘不差.这一事实使新历取信于清廷并将汤若望进献的新历(即修改的崇祯历)改名《时宪历》.颁布后一直沿用到民国初年.汤若望本人也因此取得朝廷的信赖.封他为钦天监正,至顺治15年(1658年)对他加一品封典.年幼的顺治帝对于比他年长53岁的这位西洋官员亲切地称为“玛法”(满语为可敬的爷爷).然而,好景不长.1661年,顺治皇帝去世,年方8岁的康熙登基.清廷的守旧派抬头,辅政大臣鳌拜怂恿杨光先诬告参劾汤若望.1664年,杨上书《请诛邪教疏》,罗织汤若望三大罪:潜谋造反,邪说惑众历法荒谬.杨将全国各省教堂教众诬为潜谋造反.将汤写的许多书诬为妖言惑众.并罗列“新法十谬”指斥新法的种种错误.更为厉害的是提出由于新历法使吉时凶时倒置,造成了严重后果:使顺治的幼子荣亲王3月而殇,又由于下葬日子选得不对,致使荣亲王生母董鄂妃不久死亡,接着顺治帝也染天花而亡.杨光先将汤若望上纲到“谋反”与使“皇族灭亡”.慢说当时汤若望年过古稀,由于中风而失去语言能力,即使是巧辩之士也是难于分说了.1665年4月13日宣布结案,汤若望被判极刑——凌迟处死,同案犯多人下狱.4月16日处死汤若望的公文到了皇太后之手,此时北京突然发生地震,连续5日,合都惶惧,这时辅政大臣们以为是天象示警,即从狱中放出3人.而汤若望原罪待死.这时孝庄文皇太后传谕:“汤若望向为先帝所信任,礼待极隆,尔等置之死地,毋乃太过”.汤若望这才无罪释放.然而同案5位基督徒李祖白等仍被处斩.1666年8月15日汤若望病逝.杨光先在此案中得胜.被任命主持钦天监,尽管他因为不懂天文,心知难以胜任,曾数次上书推辞,最后也只好硬着头皮担任了.1667年,14岁的康熙钦政.发现当时历法混乱,1年中竟有2个春分,不该置闰的置了闰月.于是在1668年12月26日,组织了一场御前辩论会,一方是杨光先及其助手吴明　,另一方是原汤若望的助手南怀仁(Ferdinand V erbiest,1623年～1688年,比利时人),钦天监全体参加.南怀仁比汤若望年轻30多岁,汤若望受诬时,他来华不久,汉语还不流利,无法为他辩诬.此时他以满腔的对待科学的热情指斥杨光先历法的错误,杨等不承认有错.康熙询问有何方法可以判断是非,南怀仁建议双方各以其法测日影移动,于是决定次日在观象台测日影.南怀仁像(1674年) 次日,有关人员齐集观象台,测验结果与南怀仁计算丝毫不差,连续3天,南怀仁事先画定午时日影位置,到时验得“正午日影正合所画之界”.而杨光先等则支吾其词,根本就不会推算日影的移动.这次实测的胜47力学与实践利,为新历法重新出台扫清了道路.于是南怀仁进而指出老历法多处错误,康熙皇帝接受了他的建议,下令取消了当年历书中的闰12月.1669年,为汤若望平反,并任命南怀仁为钦天监正,一直深得康熙皇帝重用.康熙皇帝从他那里学习了不少西方数学与自然科学知识.而为鲁迅先生讽刺的那位主张“宁可使中夏无好历法,不可使中夏有西洋人”(《坟・看镜有感》,《且介亭杂文・随便翻翻》)的杨光先也遭到了革职的处分.值得附带一说的是,从利玛窦,汤若望　,南怀仁等西方传教士带来东方的天文学并不是西方最先进的天文学.众所周知,1543年,波兰天文学家哥白尼的不朽之作《天体运行论》提出了日心说,而广大天主教徒还是囿于地心说为基础的天文学,只不过在地心说的基础上添进了当时较新的观测结果而已.17世纪初意大利天文学家、力学家伽利略还因为讲解日心说而被宗教裁判所审判.1600年罗马广场上活活烧死了宣传日心说的布鲁诺.我们当然不能设想,罗马派出的传教士会在中国宣传日心说.然而,不管怎么说,围绕历法开展的一场生死斗争,为西方自然科学在中国的传播开辟了道路.(本文于1996年11月5日收到)　身边力学的越话走　路　的　力　学刘延柱(上海交通大学工程力学系,上海　200030)摘要　本文通过静力学理论分析人在走路时要保持平衡稳定需要掌握的要领.关键词　步行运动,静力学,稳定人类的活动离不开走路,但学会走路并不容易.原始人从四足爬行进化到双足直立行走,经历了1000多万年漫长的历程.现代人走路不论姿势多么优美,也都曾经历过摇摇晃晃、跌跌冲冲的学步阶段.从静力学角度分析,双足步行与四足爬行的最大区别在于:四足爬行可以保证质心不越出支承足与地面的接触点联线围成的区域,因此每个时刻都处于静力学平衡状态.而双足步行只有一个支点,重心经常越出支承足与地面的接触范围,处于静力学不平衡状态.要掌握这种不平衡的行走运动必须经过训练.要从理论上解释清楚不平衡的步行运动为何能稳定地进行也不是容易事.人在走路时重心总是位于支点的上方,相当于一个倒置的复摆.简单的动力学分析可以证明,倒摆的垂直平衡状态总是不稳定的.不过生活中也能见到稳定的倒摆.比如杂技演员的顶功表演就是有趣的例子.演员用鼻尖顶起重物,不断凭直觉判断重物倾斜的趋势,并相应地调整头部运动,使支在鼻尖上的倒摆保持稳定的平衡.从而说明,在支点处施以适当的控制力有可能使倒摆的不稳定平衡转为稳定平衡.为了进一步说明这个现象,分析图1所示的支点P 可作水平运动的倒摆,设Η为摆相对垂线的倾角,G为摆的重力,N,F为动支点P作用于摆的垂直和水平约束力.只保留倾角Η的一阶微量时N=G,设摆相对质心C的惯量矩为J,C与P的距离为l,根据刚体相对质心的动量矩定理列出摆的动力学方程JΗβ=N lΗ-F l(1)图1　动支点上的倒摆训练有素的顶功演员能灵敏地控制头部动作以施加控制力F,F的方向与摆的倾斜方向一致,大小与倾斜程度成正比.这个控制过程可用一个简单的线性式近似地表示F=KΗ(2)将式(1)中的N以G代替,F以KΗ代替,得到JΗβ+(K-G)lΗ=0(3)57第19卷(1997年)第2期。

力学史所感

由力学史所想到的坦诚说，这或许是小学期最为轻松有趣的两节课了，尤其是被巫绪涛老师抑扬顿挫激情澎湃地讲出。

也坦诚说，也只有这一门课我是认真听下来的，，并非我是在暗讽其他老师的课不能令我认真听下去，就算是我不能听的下，我也会坦诚地说：“那是我的问题，是我无法理解或是我过于懒惰而不愿去理解老师们的大学问”。

还是先说老师的力学史吧。

其实，我认为单单说老师是在讲力学史是不对的，或者说是片面的。

从内容上看，所将人物的确是以力学人物为中心，但如果让我狡辩，我会认为力学也不过是一门出现不足四百年的学科，伽利略时代还不存在准确的“力”的概念，不过是从牛顿时代才开始完善力的种种知识。

加之早期的科学多倾向于围绕哲学与神学开展，因此倒不如说我听了两节以力学为中心的科学史。

这样的课正是我们几乎所有人所应接受的，所必需的，而且我在此还要大言不惭地说，尤其是别人比我更加需要，对于包括我以及大多数远远比我无知的人，了解科学史是必然的，了解哲学是必然的。

而这些正是我的兴趣所在，也是我用了一些时间了解了的地方，也正因此，我会说出上面的狂话，且也认为总会得到老师的宽容，现在真正像钱钟书“清华大学没有一个人能教得了我钱某人的了”那样的狂人的确是不多了，至于像我这种没什么能耐倒还大言不惭的竖子也还是有一点的。

好了，以下还是先从课中内容开始说吧。

一直以来，我们所接受的教育都会告诉我们科学是多么多么神圣，科学家又是多么多么的伟大，既然我们在科学面前加了那么多年“神圣”二字，又在科学家前面加了那么多年“伟大”二字。

作为一个尚未走入科学的神圣殿堂的毛头小子，我也当然是没有资格去垢责这种表达有什么不对的，况且，包括我在内的几乎所有人也确确实实认为科学是神圣的，科学家也真的有几分伟大。

但，在我看来，现在的一些弊病就出现在这个“神圣”与“伟大”上。

一个事物，一旦神圣到让人无法怀疑与接触，那么接下来它除了被我们放置在供台上也就没有了其他实在的意义，在这里我先不讲“中国的”之类的字眼，因为这实在是世界范围内的通病，只是或轻或重而已。

力学简要史

力学简要史公元前287年，阿基米德(公元前287～212)诞生于古希腊西西里岛的贵族家庭，从小受到优良的教育，“有流体静力学之父”之称。

阿基米德提出了浮力原理。

也系统地研究了物体的重心和杠杆原理，提出了精确地确定物体重心的方法；同时，他在研究机械的过程中，发现并系统证明了阿基米德原理（即杠杆定律）。

并且阿基米德著作了《论比重》，这本著作为静力学奠定了基础。

随后意大利的达芬奇(1452~1519)研究了滑动摩擦、平衡、力矩。

达芬奇研究过落体运动；他还发现"在每段谐和时间里，物体经历的距离也不相等，是按算术的比例分配的。

"这些结论已经与后来伽利略对于落体问题的研究相去不远了。

在公元前4世纪，柏拉图的学生古希腊哲学家亚里士多德（公元前384～前322）提出"重物比轻物下落得快，力是维持物体运动的原因"等观点，一直被人们深信不疑。

也提出了“地心说”。

后来，公元140年，古希腊天文学家托勒密确立了地心说。

由于地心说的思想博大精深并计算精确，基督教将它与神学融为一体，形成了封建神权的思想基础。

1543年，哥白尼(1473~1543)提出了日心说，将宇宙的中心放在一个“象征性的太阳”上。

在临终前，哥白尼出版了《天体运行论》，但日心说在客观上产生了向宗教神学挑战的效果。

对地心说进行脱胎换骨改造的是德国的开普勒(1571~1630)。

此前丹麦天文学家和占星学家科学家第谷(1546~1601)观察天体的运动，特别是行星的运动；记录了大量的数据。

第谷原打算用这些数据重新修订星表，但一直到死都未能如愿。

他临死之前，把这些资料交给了他的助手和合作者开普勒。

开普勒利用第谷观察行星运动记下的大量的精确的数据，研究火星的运动。

经过反复的假设、计算论证，终于发现火星绕日运行的轨道是一个椭圆。

不久他把这个发现推广到所有当时已知的行星。

1609年，开普勒出版了《新天文学》一书，提出了著名的开普勒第一、二定律。

力学史杂谈

力学史杂谈引言力学是物理学中的一个重要分支，研究物体运动的规律以及力的作用等。

力学的发展可以追溯到古代，各个时期的学者都对力学进行了探索和研究。

本文将对力学的历史进行杂谈，探讨力学研究的起源以及曾经涌现的一些重要理论和学派。

古代在古代，人们对力的认识相对有限，但已经开始对物体的运动进行观测和记录。

早在古希腊时期，亚里士多德提出了自然哲学的基本原理，其中涉及到了一些力学的概念。

他认为，物体的运动是由四种基本元素：土、水、火、气所组成，并且每种元素具有不同的运动趋势。

这奠定了古代力学思想的基础。

中世纪中世纪时期，受到宗教的限制，科学研究的发展相对较慢。

在力学方面，主要存在了亚里士多德的学说，并没有太多的突破。

然而，在当时的阿拉伯地区，伊本·西那（Ibn Sina）等一些学者对力学问题进行了一些探索。

他们提出了一些和当时思潮相悖的观点，但这些观点对后来的力学研究产生了启示。

文艺复兴时期文艺复兴时期是欧洲科学研究的重要时期，也是力学研究的重要发展阶段。

伽利略·伽利莱被誉为现代力学的奠基者，他提出了许多重要的力学规律和实验方法。

他通过实验和观测，发现了自由落体的规律，并用数学方法进行了描述和证明。

伽利略的工作对整个力学研究产生了巨大的影响，也为后来的牛顿力学奠定了基础。

牛顿力学的诞生伽利略的实验思想给了艾萨克·牛顿很大的启发，牛顿进一步发展了力学的理论，提出了三大运动规律：质点的运动符合惯性定律、加速度与力成正比、作用力和反作用力。

这些规律为力学提供了一个统一的框架，成为了后来物理学研究的基础。

此外，牛顿还提出了万有引力定律，成功地解释了行星运动的规律，并在此基础上建立了经典力学。

经典力学的发展牛顿力学的提出开启了经典力学的时代，但随着科学的发展，人们发现在一些特殊情况下，牛顿力学无法很好地解释物体的运动规律。

拉格朗日和哈密顿等学者提出了一种新的方法，即变分原理和哈密顿原理。

简论力学发展史对高中物理力学教学的作用

Word文档可进行编辑简论力学发展史对高中物理力学教学的作用简论力学进展史对高中物理力学教学得作用力学进展史是科学史得一个分支,它记录了人类从自然现象和生产活动中认识和应用物体机械运动规律得历史.力学进展在历史年代顺序上和学科逻辑顺序上大体相同,反映出人类认识由简单到复杂逐步深化得过程.论文联盟力学得进展是分析和综合相结合得过程.从总得进展趋势来看,牛顿运动定律建立往常力学研究得历史大致可分为两个时期：①古代,从远古到公元5世纪,对平衡和运动有初步得了解;②中世纪,从6世纪到16世纪,那个时期对力、运动以及它们之间得关系得认识已有进展,为牛顿运动定律得建立作了预备.牛顿运动定律得建立以后得力学研究大致可分为四个时期：①从17世纪初到18世纪末,经典力学得建立和完善化；②19世纪,力学各要紧分支得建立；③从1900年到1960年,近代力学,它和工程技术专门是航空、航天技术紧密联系；④1960年以后,现代力学,力学同计算技术和自然科学其他学科广泛结合.所以,各个时期得分界年代并不是绝对得.从三维课程目标来看,物理教育不仅是知识和方法得传递,更是心灵得唤醒.物理课程不应该把人类认识自然得历史擦去,在高中物理教学中引入物理学史教育,展现历史上物理学家探究物理世界神秘得艰辛历程,以其中得欢乐、困惑、惊奇和哲理去感染学生,让学生以物理学家认识世界得本来面目去认识世界,确立了物理学史对实现物理教学三维目标发挥着不可替代得功能.1对实现“知识与技能”目标得重要意义11关心学生深入理解物理概念,纠正错误观念.wwwm在高中物理差不多概念和规律得教学中,假如教师能在此基础上渗透一些概念建立得历史背景和过程,更有利于学生对知识全面正确得理解和建构.例如“惯性”这一物理差不多概念,假如引导学生回忆从亚里士多德得“强迫运动定律”到伽利略得“歪面实验”,从笛卡儿得“惯性原理”到牛顿得“运动第一定律”,再到爱因斯坦得“惯性定律修正”,最后通过对日常生活实例得分析来展现惯性现象得无处不在和无所不有.如此设计能自然地引导学生在回忆历史得过程中对“惯性”得物理本质有较为明晰得认识,深刻地体会到“运动不需力来维持”得涵义.12提高学生认识物理实验在物理学习中得地位和作用.物理实验是归纳物理规律、产生物理假讲得实践基础,是验证理论预言和物理假讲得要紧依据,是培养学生操作技能得要紧途径,是进展学生非智力因素得重要环节.如通过介绍伽利略得歪面实验,使学生了解伽利略开创了把物理实验与科学思维相结合得物理学研究方法.2力学进展史对实现“过程与方法”目标得重要意义21对学生进行科学方法和科学思维得培养.在高中物理教学中巧妙结合物理学史,展现有代表性得科学家探究知识得思维过程,使学生了解前人是用什么样得方法研究和探究发觉新得规律和理论得,从中领悟物理学得研究方法.例如,在讲授牛顿第一定律和行星得运动时能够通过：提出咨询题→引出观点→学习历史→探究和讨论→总结规律如此模式来学习.可见在物理教学中渗透物理学史,能使学生学到解决咨询题得种种方法,使学生认识到非常多途径都可导致真理得发觉.22让学生认识到知识得相对性和进展性.在物理教学中融合物理学史,让学生在历史背景或框架中学习物理知识,能够使学生在了解物理概念、定律和理论得发觉和演变过程得基础上,更准确地理解物理知识和物理概念得相对性.如地心讲和日心讲之争等等,通过展现其认识和进展得历程能使学生体验到科学得相对性和进展性,从而激发学生在学习中敢于探究和发觉,形成正确得知识相对观和进展观.3力学进展史对实现“情感态度与价值观”得重要意义31增强学生得怀疑和批判精神：力学进展史向我们显示了如此一条真理：力求以进展、变化、联系得思想为标准来裁决和审视一切科学假讲与科学理论,不迷信权威,这是科学能不断向前进展得动力.如伽利略对亚里士多德得怀疑和批判,推翻了错误得落体定律和强迫运动定律,得出了惯性定律,为牛顿力学得建立打下了理论基础.在物理教学中渗透这些物理学批判性进展得精彩事例,能促使学生养成独立考虑得适应,提论文联盟高善于提出科学咨询题得灵性和聪慧.32培养学生科学意识和科学精神：物理学家得成长经历,学习过程,科研态度,坚韧不拔得意志品质是我们每一个人得学习榜样.教师应当教育学生养成独立考虑、自立自主、知难而进得良好得精神品质,教育同学们了解科学家（如伽利略、牛顿、惠更斯等）得生平介绍、学习经历、科研成果（过程）、小故事等,写成读后感,在课堂上作一介绍,以供大伙儿分享.综上可见,有效地将力学进展史引入物理教学,关于贯彻新课程“三维教学目标”、提高我国青年一代得科学素养、实现我国人才战略工程得雄伟目标有着特别重要得意义.。

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