现代力学进展报告

现代力学进展报告姓名：韩云班级：工力07-3班学号；10074750现代力学进展报告力学是最早产生并获得发展的科学之一。人们在生产劳动中，创造了一些简单的工具和机械（如斜面、杠杆等），并在不断使用和改进这些工具和机械中，积累了不少经验，从经验里获得知识，形成了力学规律的起点。我国古代在“墨经”、“考工记”、“论衡”和“天工开物”等书籍文献中，对于力的概念、杠杆原理、滚动磨擦、材料的强度等方面的知识都有相当多的记载。另一位古希腊学者杰出的阿基米德（约公元前287?212年）可以称得上是静力学的创始人。在他的《平面图形的平衡和其重心》一书中给出了杠杆平衡原理的论证，并讨论了一些规则或不规则的平面图形的重心位置或多个重心的关系。15世纪，欧洲进入了文艺复兴时期。当时由于商业资本的兴起，手工业、城市建筑、航海造船和军事技术等各方面所提出的许多迫切问题，激励了科学的迅速发展。多才多艺和学识渊博的科学家和工程师来奥纳多?达?芬奇（1452?1519年）就是这个时代的杰出代表。达?芬奇研究过落体运动；用虚速度的方法证明了杠杆原理；提出了连通器的原理，大大丰富了阿基米德的液体压力理论；已经研究了柱和梁的承载能力。在他的札记中，有许多对机械设计的构想，如飞行器、降落伞、机械传动等。不久以后，波兰天文学家哥白尼（1473?1543年）提出太阳中心说。这一学说推翻了托勒密陈旧的地球中心学说，结束了一千多年的地心说的统治，引起了人们宇宙观的根本变革，严重地打击了神权统治，从此自然科学便开始从神权中解放出来。开普勒（1571?1630年）根据哥白尼学说及大量的天文观测，发现了行星运动三定律。这些定律是后来牛顿发现万有引力定律的基础。伽利略（1564?1642年）在物理学（力学）发展中做出了划时代的贡献。伽利略最早准确地提出并弄清了速度和加速度的概念，他并根据运动基本特征量速度把运动分为匀速运动和变速运动两类，并得出了匀变速运动的公式。伽利略从由思想实验得出的一个佯谬入手，对亚里士多德的落体学说提出了反驳，他正确指出了自由落体运动的规律并将抛体运动分解为水平匀速运动和竖直自由落体运动。伽利略提出了惯性定律，他已经正确地理解了力学中的相对性原理。在动力学上，伽利略把力的作用同运动状态的变化联系起来，从而奠定了动力学的基础。伽利略于1638年出版了《关于两种新科学的叙述及其证明》一书，这里所说的两种新科学即指材料力学和动力学。在该书中，他就悬臂梁的应力分布，简支梁受集中载荷的最大弯矩，等强度梁的截面形状和空、实心圆柱的抗弯强度比较进行了阐述。一般认为，该书是“材料力学”作为一门科学的标志。动力学在伽利略研究的基础上，经过笛卡儿、惠更斯等的努力，后来由牛顿总其大成。牛顿于1687年在他的名著《自然哲学的数学原理》中，完备地提出了动力学的三个基本定律，并从这些定律出发将动力学作了系统的叙述。牛顿运动定律是整个经典力学的基础。在力学史上，17世纪被看作是动力学的奠基时期，与此同时，从17世纪到19世纪初，静力学也获得了进一步的成熟。荷兰学者斯蒂芬（1548?1620年）得到了斜面上物体平衡的条件与力合成的平行四边形法则。法国学者伐利农（1654?1722年）发展了古希腊静力学的几何学观点，提出力矩的概念和计算方法并用以研究刚体平衡问题。法国学者潘索（1777?1859年）系统讨论了力偶的性质并提出了静力平衡的条件。18世纪转入动力学的发展时期。德国学者莱伯尼兹（1646?1716年）与牛顿彼此独立地发明了微积分，对18世纪力学朝着分析方向的发展提供了基础。瑞士学者伯努利（1667?1748年）最先提出了以普遍形式表示的静力学基本原理，即虚位移原理。瑞士的数学力学家欧拉（1707?1783年）引入欧拉角描述刚体的定点转动，并先后建立了刚体定点转动的运动学和动力学方程，并给出了欧拉可积的情况。1743年，法国学者达朗贝尔（1717?1785年）在《动力学论》中引入了“惯性力”的概念，而将由牛顿第二定律表示的运动方程看成是在每一瞬间的平衡力系，这就是“达朗贝尔原理”。这一原理的引入，使动力学问题可以转化为静力学问题进行处理，或者说将动力学与静力学按统一观点来处理。1788年，法国数学家、力学家拉格朗日（1736?1813年）出版了《分析力学》一书。此书是力学发展的新的里程碑。拉格朗日完全用数学分析的方法来解决所有的力学问题，而无须借助以往常用的几何方法，全书一张图也没有。在此基础上，逐步发展为一系列处理力学问题的新方法，称之为分析力学。后来，英国学者哈密顿（1805?1865年）又先后提出了哈密顿正则方程和哈密顿原理，使分析力学变得更为完善。19世纪初到中叶，因大量使用机器而引入的效率问题，促进“功”的概念形成。“能”的概念也逐渐在物理学、工程学中普遍形成。在这时期发现了能量守恒和转化定律，这个定律不仅对技术应用有着特别重大的意义，而且在力学和其他科学之间，在物质运动的各种形式之间，起了沟通作用，使力学的发展在许多方面和物理学紧密地交织在一起。由于机器的大量使用，技术的迅速进步，促使了工程力学的形成和发展。相应地，力学的几何方法也获得了很大的发展和应用。19世纪中期，先后形成了一系列力学专门学科，如图解力学、机器与机构理论、振动理论。运动学成为理论力学的一个独立部分也是在这个时期形成的。20世纪以来，与航空工业及其他技术的发展紧密相关，力学的许多专门分支如弹塑性理论、流体与气体动力学、非线性振动理论、自动控制、运动稳定性理论、陀螺仪理论、变质量力学和飞行力学等各方面都取得了迅速发展和巨大成就。特别是20世纪中叶以后，航天工程的兴起又向力学提出了许多新的极为复杂的理论和技术问题。依靠电子计算机的协助，巳解决了火箭的发射、人造卫星、航天飞机的轨道计算、稳定性与控制等一系列重大问题。所有这些都充分说明了现代力学的高度发展水平。20世纪力学发展的特点是出现了大批新的边缘学科，力学正在越来越多地渗入其他有关学科中。由于生产需要的促进和研究手段的改善，力学的模型也越来越复杂，能够更全面地考虑各种物理因素，并进行更为复杂的实验、计算等的综合研究。这样，力学的领域还在继续扩大，形成了一系列新的力学学科，如化学流体力学、电磁流体力学、物理力学、生物力学，以及系统力学等。物理学与力学的分道扬镳。19世纪以前，力学是整个物理学的主导。从19世纪末开始，力学与物理学有了明确的分工，力学研究宏观现象，物理研究微观或宇观现象。物理为基础学科，力学带有技术的性质。当然，随着科学的发展，两者必有融合之处。现代科学技术的日新月异，给力学学科提出了新的基础科学问题；中国的社会经济发展对力学提出了新的国家战略需求。进入21世纪，和其它学科一样，力学学科进行了回顾和思考、以发展的眼光,直面新的挑战、肩负着使命和责任，满怀着希望和憧憬，来思索未来我国的力学将如何发展、力学将如何面向国家需求来开展基础研究和科技创新等问题。因此，我们迫切需要对当今学科发展现状与趋势做出正确的判断，全面调研我国力学学科的发展势态，为力学在基础研究和工程应用这两个方面取得新的重大进展奠定基础。为贯彻落实全国科技大会和《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的精神，促进学科发展和提高原始创新能力，受中国科协委托，在中国力学学会常务理事会的支持下，中国力学学会对我国力学学科年度进展进行全面的总结和研究，对国内外状况进行分析和对比，预测学科发展趋势，提出未来几年内重点研究方向和具体措施的建议，遂形成了这份学科发展研究报告。该报告旨在使公众和管理部门进一步了解现代力学在认知世界、促进经济、社会发展，维护国家安全中的重要作用，因此，现代力学是一门具有广泛应用和强大生命力的重要基础学科，扩大力学在学术界和社会中的影响力，使从事与力学相关的研究者正确把握前沿方向，并积极介入面向国家需求的研究项目，同时，为国家管理层面提供权威性的参考依据。