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材料力学

力学发展简史 

    力学是物理学中发展最早的一个分枝,它和人类的生活与生产联系最为密切。早在遥远的古代,人们就在生产劳动中应用了杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械,从而促进了静力学的发展。古希腊时代,就已形成比重和重心的概念,出现杠杆原理;阿基米德(Archimedes,约公元前287~212)的浮力原理提出于公元前二百多年。虽然这些知识尚属力学科学的萌芽,但在力学发展史中应有一定的地位。

    16世纪以后,由于航海、战争和工业生产的需要,力学的研究得到了真正的发展。钟表工业促进了匀速运动的理论;水磨机械促进了摩擦和齿轮传动的研究;火炮的运用推动了拋射体的研究。天体运行的规律提供了机械运动最单纯、最直接、最精确的数据资料,使得人们有可能排除摩擦和空气阻力的干扰,得到规律运动的认识。天文学的发展为力学找到了一个最理想的"实验室"--天体。

    但是,天文学的发展又和航海事业分不开,只有等到16、17世纪,这时资本主义生产方式开始兴起,海外贸易和对外扩张刺激了航海的发展,这才提出对天文作系统观测的迫切要求。第谷(TychoBrahe,1546~1601)顺应了这一要求,以毕生精力收集了大量观测数据,为开普勒(JohannesKepler,1571~1630)的研究作了准备。克卜勒于1609年和1619年先后提出了行星运动的三条规律,即克卜勒三大行星运动定律。

    与此同时,以伽利略(GalileoGalilei,1564~1642)为代表的物理学家对力学开展了广泛研究,得到了自由落体定律。伽利略的两部著作:《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(1632年)和《关于力学和运动两种新科学的谈话》(简称《两门新科学》)(1638年),为力学的发展奠定了思想基础。

    随后,牛顿(IsaacNewton,1642~1727)把天体的运动规律和地面上的实验研究成果加以综合,进一步得到了力学的基本规律,建立了牛顿三大运动定律和万有引力定律。牛顿建立的力学体系经过伯努利(DanielBernoulli,1700~1782)、拉格朗日(J.L.Lagrange,1736~1813)、达朗贝尔(JeanieRondd'Alembert,1717~1783)等人的推广和完善,形成了系统的理论,取得了广泛的应用并发展出了流体力学、弹性力学和分析力学等分枝。

    到了18世纪,古典力学已经相当成熟,成了自然科学中的主导和领先学科。机械运动是最直观、最简单、也最便于观察和最早得到研究的一种运动形式。但是,任何自然界的现象都是错综复杂的,不可避免地会有干扰因素,不可能以完全纯粹的形态自然地展现在人们面前,力学现象也不例外。因此,人们要从生产和生活中遇到的各种力学现象抽离出客观规律,必定要有相当复杂的提炼、简化、复现、抽象等实验和理论研究的过程。和物理学的其它学科相比,力学的研究经历了更为漫长的过程。从希腊时代算起,整个过程几乎长达两千年之久。其所以会如此漫长,一方面是由于人类缺乏经验,弯路在所难免,只有在研究中自觉或不自觉地摸索到了正确的研究方法,才有可能得出正确的科学结论。再就是生产水平低下,没有适当的仪器设备,无从进行系统的实验研究,难以认识和排除各种干扰。例如:摩擦力和空气阻力对力学实验来说恐柏是无处不在的干扰因素。如果不加以分析,只凭直觉进行观察,往往得到的是错误结论。而伽利略和牛顿对物理学的功绩,就是把科学思维和实验研究正确的结合在一起,从而为力学的发展开辟了一条正确的道路