力學的發展歷程(濃縮簡史)
2021-01-18 學力學 力學可以簡單表述為研究力與運動之間關係的科學，既是基礎科學又是應用科學。力學的發展源於自然，貫穿於人類的整個生命史。
可以以「兩個事件」劃分為「三個階段」
時間：1648年——19世紀末
特徵：以比較理想的模型,如質點、質點系、剛體、理想彈性體、理想流體等為對象,建立起了相當完善的普適的理論體系,並開始了與工程技術問題的結合。時間：20世紀初——
特徵：以自然界和工程技術中可能遇到的複雜介質或系統為對象，建立各種力學模型，並且在解決問題過程中形成了更多的力學分支。
◆靜力學的發端：力的概念、槓桿平衡、重心、浮力、強度和剛度。
◆有關運動的觀念：對機械運動的描述只限於勻速直線和勻速圓周運動。
◆生產技術和力學：嵌入車輪輻條的輪轂尺寸的選擇，調整磬、鍾等樂器的音律等；都江堰工程；地動儀；指南車、記裡鼓車；……◆阿拉伯：繼承並發展了關於靜力學中平衡規律和運動學方面的知識；地球繞太陽運動的思想，提出行星軌道可能是橢圓而不是圓。
◆歐洲：受到神學的束縛，科學進展很慢。提出物體系統形狀變化時重力是變化的；有了瞬時速度與平均速度的概念；斜拋體和自由落體的運動；摩擦對物體運動的影響；鐵絲的拉伸強度試驗；利用虛速度列出平衡條件
◆中國：科學技術總的說來居於世界領先地位，但仍然未能作邏輯分析推理，特別是未能作數學分析。
趙州橋（安濟橋）；山西應縣木塔；利用反推力的帶火藥的箭（火箭的雛形）；梁截面廣(高)與厚(寬)之比以3:2為好；頻率為1:2的琴弦共振,以及「虛能納聲」即固體彈性波（聲波）的空腔效應等。
◆動力學：伽利略的慣性原理和加速度實驗；惠更斯提出向心力、離心力、轉動慣量、復擺的擺動中心等重要概念；克卜勒總結出行星運動的三定律；牛頓提出了物體運動定律和萬有引力定律；達朗伯和拉格朗日創立分析力學；歐拉建立了剛體的動力學方程，對彈性穩定性作了開創性的研究，並開闢了流體力學的理論分析，奠定了理想流體力學的基礎。是繼牛頓以後對力學貢獻最多的學者。 ◆靜力學與運動學：斯蒂文論證力的平行四邊形法則，得到虛位移原理的初步形式；羅貝瓦爾證明了一般情況下的平行四邊形法則；伐裡農提出力矩的概念和計算方法，並用以研究剛體平衡問題；潘索提出力偶的概念，建立了力系的簡化和平衡的系統理論；伽利略提出加速度以後，惠更斯考慮點在曲線運動中的加速度；剛體運動學的研究成果則屬於歐拉、潘索；帕普斯提出平面圖形的位移可分解為平移和轉動，夏萊給出剛體一般運動可分解為平移和轉動；科裡奧利指出旋轉參考系中存在附加加速度。 ◆固體和流體的物性：胡克發現彈性體的力和變形之間存在著正比關係；帕斯卡指出不可壓縮靜止流體各向壓力（壓強）相同；牛頓指出流體阻力與速度差成正比；梅森測量了聲音的速度；玻意耳和馬略特各自獨立地建立氣體壓力和容積關係的定律。馬略特作了梁的彎曲試驗，並發現變形與外力的正比關係。丹尼爾第一·伯努利和歐拉在彈性梁彎曲問題中假定彎矩和曲率成正比，丹尼爾第一·伯努利還在流體力學中導出能量關係式，第一次採用水動力學一詞。 ◆應用力學：許多學者的研究工作是和工匠一起進行的。惠更斯和一些鐘錶匠一起製造鐘錶；玻意耳和工匠帕潘一起研製水壓機；帕倫不僅研究梁的彎曲問題，也研究水輪機的效率問題。許多有工程實用意義的方法產生了，如蘭哈爾的半圓拱的計算方法，靜力學中伐裡農的索多邊形方法。 ◆結構力學和彈性力學：楊提出彈性模量的概念；納維建立了各向同性彈性固體方程，其中只有一個彈性常量；柯西建立了各向同性彈性材料平衡和運動的基本方程，其中有兩個彈性常量；瑞利指出的彈性波理論，不僅有縱向波和橫向波的存在，還有表面波的存在；聖維南指出局部的平衡力系對大範圍內的彈性效應是可以忽略的；…… ◆水力學和水動力學：這一時期內有關流體方面的力學發展情況類似於固體方面，在實踐的推動下水力學發展出不少經驗公式或者半經驗公式；另一方面在數學理論上最主要的進展是粘性流體運動基本方程，即納維－斯託克斯方程的建立。 ◆分析力學：分析力學方面的主要成就是由拉格朗日力學發展為以積分形式變分原理為基礎的哈密頓力學。從牛頓、拉格朗日到哈密頓的力學理論構成物理學中的經典力學部分。 ◆其它：以牛頓運動定律和萬有引力定律為基礎的天體力學的研究；力學中運動穩定性理論、攝動理論的發展；…… 狹義相對論、廣義相對論以及量子力學的相繼建立，衝擊了經典物理學。前兩個世紀中以力學模型來解釋一切物理現象的觀點不得不退出歷史舞臺。經典力學的適用範圍被明確為宏觀物體的遠低於光速的機械運動，力學進一步從物理學分離出來成為獨立的學科。 1957年人造地球衛星發射成功，標誌著航天事業的開端。力學解決了飛機、太空飛行器等各種飛行器的空氣動力學性能問題； 1945年第一次核爆炸成功，標誌著核技術時代的開始。力學解決了對猛烈炸藥爆轟的精密控制，材料在高壓下的衝擊絕熱性能，強爆炸波的傳播，反應堆的熱應力等問題。 ◆固體力學：彈性動力學迅速發展，彈性波傳播問題；應力集中問題，輕質蒙皮結構的強度、顫振、疲勞和穩定性問題；非線性彈性穩定性理論；板殼理論；變分原理；有限元法；塑性力學的建立…… ◆一般力學：以離散系統為主要研究對象的力學被籠統地稱為一般力學。一般力學中最重要的發展是非線性振動理論。…… ◆計算機的衝擊：電子計算機自1946年問世以後，計算速度、存儲容量和運算能力不斷提高，過去力學工作中大量複雜、困難而使人不敢問津的問題，因此有了解決的門路。計算機改變了力學的面貌，也改變了力學家的思想方法。 有限差分方法；有限元方法；計算流體力學；離散力學；非線性動力學…… ◆滲透和綜合：向外滲透——磁流體力學；恆星動力學；生物力學；巖石力學……。內部綜合——在統一處理材料本構關係的同時，理性力學學派綜合討論了各種介質應共同遵守的通有原理和共有的現象和方法如波動、穩定性、變分方法等…… 20世紀以來，力學的發展可以認為是沿著以下三個主要方向進行的。 ◆深入認識物質結構不同層次中物質的運動形式及各種相互作用，發現新的力學現象及基本規律； ◆力學基本定律和各種具體物性的結合，發展了許多特殊的力學分支學科； ◆力學與其他各自然科學的相互滲透，發展了許多交叉學科和新興學科。 ◆也是最大的特點，研究對象、範疇、理論和方法不斷向物質結構的無限大和無限小方向的不同層次擴展；參考文獻
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