文苑漫步:理論力學的發展簡史

2020-11-22 建設工程教育網

  力學是最古老的科學之一,它是社會生產和科學實踐長期發展的產物。隨著古代建築技術的發展,簡單機械的應用,靜力學逐漸發展完善。公元前5—前4世紀,在中國的《墨經》中已有關於水力學的敘述。古希臘的數學家阿基米德(公元前3世紀)提出了槓桿平衡公式(限於平行力)及重心公式,奠定了靜力學基礎。荷蘭學者S.斯蒂文(16世紀)解決了非平行力情況下的槓桿問題,發現了力的平行四邊形法則。他還提出了著名的「黃金定則」,是虛位移原理的萌芽。這一原理的現代提法是瑞士學者約翰·伯努利於1717年提出的。

  動力學的科學基礎以及整個力學的奠定時期在17世紀。義大利物理學家伽利略創立了慣性定律,首次提出了加速度的概念。他應用了運動的合成原理,與靜力學中力的平行四邊形法則相對應,並把力學建立在科學實驗的基礎上。英國物理學家牛頓推廣了力的概念,引入質量的概念,總結出機械運動的三定律(1687年),奠定了經典力學的基礎。他發現的萬有引力定律,是天體力學的基礎。以牛頓和德國人G.萊布尼茲所發明的微積分為工具,瑞士數學家L.歐拉系統地研究了質點動力學問題,並奠定了剛體力學的基礎。

  理論力學發展的重要階段是建立了解非自由質點系力學問題的較有效方法。虛位移原理表示質點系平衡的普遍條件。法國數學家J.達朗貝爾提出的、後來以他本人名字命名的原理,與虛位移原理結合起來,可以得出質點系動力學問題的分析解法,產生了分析力學。這一工作是由法國數學家J.拉格朗日於1788年完成的,他推出的運動方程,稱為拉格朗日方程,在某些類型的問題中比牛頓方程更便於應用。後來愛爾蘭數學家W.哈密頓於19世紀也推出了類似形式的方程。拉格朗日方程和哈密頓方程在動力學的理論性研究中具有重要價值。

  與動力學平行發展,運動學在19世紀也發展了。到19世紀後半葉,運動學已成為理論力學的一個獨立部分。

  20世紀以來,隨著科學技術的發展,逐漸形成了一系列理論力學的新分支;並與其他學科結合,產生了一些邊緣學科,如地質力學、生物力學、爆炸力學、物理力學等。力學模型也越來越多樣化。在計算工作中,已廣泛採用了電子計算機,解決了過去難以解決的一些力學問題。

責任編輯:Seazy

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