力学的发展简史(101组)

力学发展简史
101组
力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。

人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。

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

古代人还从对日、月运行的观察和弓箭、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。

但是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渐有了正确的认识。

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（特别是.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；这方面的标志是.达朗伯提出的达朗伯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。

在此以前，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已经陆续建立。

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

弹性力学和流体力学基本方程的建立，使得力学逐渐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，继续在物理学中起作用。

从牛顿到哈密顿的理论体系组成物理学中的经典力学或牛顿力学。

在弹性和流体基本方程建立后，所给出的方程一时难于求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法解决。

这使得19世纪后半叶在材料力学、结构力学同弹性力学之间，水力学和水动力学之间一直存在着风格上的显著差别。

到20世纪初,在流体力学和固体力学中，实际应用同数学理论的上述两个方面开始结合，此后力学便蓬勃发展起来，创立了许多新的理论，同时也解决了工程技术中大量的关键性问题，如航空工程中的声障问题和航天工程中的热障问题。

这种理论和实际密切结合的力学
的先导者是普朗特和卡门。

他们在力学研究工作中善于从复杂的现象中洞察事物本质，又能寻找合适的解决问题的数学途径，逐渐形成一套特有的方法。

从60年代起，电子计算机应用日广，力学无论在应用上或理论上都有了新的进展。

力学继承它过去同航空和航天工程技术结合的传统，在同其他各种工程技术以及同自然科学的其他学科的结合中，开拓自己新的应用领域。

总的来说：整个力学发展历史，大致可以分为三个阶段。

这三个阶段以两个重要历史事件来分开的：①1687年牛顿的《自然哲学的数学原理》发表；②1900年普朗克的量子力学与随后1905年爱因斯坦的狭义相对论的提出，引起了整个自然科学的两次革命。

在1687年之前，力学的发展，是以积累资料为主要特征。

而且最主要的资料是天文观测资料，另外还有静力学知识的积累与完善。

在1687年之后到 1900年之前，由于在牛顿《自然哲学的数学原理》中动力学的原理已经建立，这一阶段力学研究的主要内容是：寻求力学一般原理的不同形式以及不同条件下的一般原理；将一般原理推广应用于各种不同的复杂情形，如约束运动、流体运动、固体的变形、刚体运动、振动与波动运动的方程等；求解所得到的运动方程，给出各种条件下的特解，或研究带普遍意义的求解方法；回答工业生产中提出的实际工程问题。

但是，经典力学的发展也越来越暴露出它对某些问题的失败与内在矛盾，从而导致相对论的诞生。

1900年量子论与1905年相对论相继产生，标志着物理学与力学的分家。

从此力学分工解决宏观世界的问题，而物理学分工专门从事微观世界的研究，力学家与物理学家、天文学家、数学家便分道扬镳了。

这一阶段力学学科的研究特点是，由于力学的基本理论部分在许多方面已经趋于成熟，理论难题仅有像湍流、强度等少数课题，所以理论力学与应用力学相比，应用力学的研究队伍占较大的比重。

力学在中国的发展经历了一个特殊的过程。

与古希腊几乎同时，中国古代对平衡和简单的运动形式就已具备相当水平的力学知识，所不同的是未建立起像阿基米德那样的理论系统。

在文艺复兴前的约一千年时间内，整个欧洲的科学技术进展缓慢，而中国科学技术的综合性成果堪称卓著，其中有些在当时世界居于领先地位。

这些成果反映出丰富的力学知识，但终未形成系统的力学理论。

到明末清初，中国科学技术已显著落后于欧洲。

经过曲折的过程，到19世纪中叶，牛顿力学才由欧洲传入中国。

以后，中国力学的发展便随同世界潮流前进。

（埃及第十九王朝(公元前第二千紀中叶)底比斯伊普伊墓中壁畫。

）
（桔槔汲水图）
一般认为伽利略的名著《关于两门新科学的谈话和数学证明》（1638）标志着材料力学的开端，是材料力学开始形成一门独立学科的标志。

在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析方法确定构件的尺寸，讨论的第—问题是直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论。

伽利略讨论的第二个问题是梁的弯曲强度问题。

按今天的科学结论，当时作者所得的弯曲正应力公式并不完全正确，但该公式已反映了矩形截面梁的承载能力和bh2（b、h分别为截面的宽度和高度）成正比，圆截面梁承载能力和d3（d为横截面直径）成正比的正确结论。

对于空心梁承载能力的叙述则更为精彩，他说，空心梁“能大大提高强度而无需增加重量，所以在技术上得到广泛的应用。

在自然界就更为普遍了。

这样的例子在鸟类的骨骼和各种芦苇中可以看到，它们既轻巧，而又对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。

伽利略参观威尼斯一家兵工厂，观察了一些几何相似的结构物，经分析研究，得出以下结论：如果将物体做成几何相似，则尺寸愈大者，其强度愈弱，这完全是自重所起的作用。

以后，R.胡克和E.马略特等人得出了与梁、柱、杆性态有关的基础知识，并研究了材料的强度性能与其他力学性能。

18世纪时，因军事和结构工程的发展，做了很多关于木材、石料、钢和铜的力学性能试验。

第一本与材料力学有关的书，1729年出自法国，书名为《工程师的科学》。

作者是将伽利略和马略特的理论应用于木梁试验并得出确定梁安全尺寸的法则。

18世纪对材料力学贡献最大的，首推C.-A.库仑，他通过实验验证，修正了伽利略和马略特理论中的错误。

1826年第一本《材料力学》出版，作者是法国科学家C.-L.-M.-H.纳维。

19世纪中期，材料力学已逐渐由以石料等脆性材料为主体演变为以钢材为主体
的材料力学。

按照钢材的特点，使得“均匀连续”、“各向同性”等基本假设以及胡克定律成为当今材料力学的基础。

20世纪中叶以来，科学技术和工业的高度发展，特别是航空与航天技术的崛起、计算机的出现和不断更新换代、各种新型材料（如复合材料、高分子材料）的不断问世并应用于工程实际，加上实验设备日趋完善、实验技术水平不断提高，使得材料力学所涉及的领域更加宽阔、内容更加丰富。