什么是力学导论？
什么是力学？
要回答这个问题，必须从它的历史发展过程来把握。中国古代也有“力学”这个词，但就像中国古代的“科学”只是科举之学一样，它和现在有着完全不同的含义。在中国古代，“力学”就是刻苦学习的意思。比如《耕田力学》，要通过努力学习来教。“力学”的现代含义是从西方传入的。虽然中国古代没有同样现代意义的词，但“力”这个词出现得相当早。在甲骨文中，“力”这个词是一个奴隶弯腰耕种的形状。表示其容量已满。
中国对“力”的最早定义是由墨子(公元前490-405年)在莫箐写的。有两种意见:一是“武力重。”第二:“强者，刑之所以振奋。”这里的“惩罚”是普遍的。按照这两种说法，现在离“逼”不远了。
在古代技术中，无论是东方还是西方，都有相当一部分是起重搬运，也就是对抗重力。因此，在很长的历史时期内，力学的主要内容是对静力学、平衡、重心和升力的研究。
另一方面，“力”是物体改变运动状态的原因。这是伽利略后来的理解。按照现在的字面理解，《莫箐》中的第二种说法似乎是“形”指的是身体，“劲”指的是运动，也就是说，力是物体运动的原因。可惜在墨经中，形是指身体，意思是举起来。按照墨经本身的说法，“举重若轻也是令人兴奋的”，可见墨经的意思是，力量就是身体把东西向上举。所以墨经中的两种说法只有一个意思，只有静没有动。
在西方，“力学”一词来源于希腊语。从字面上来说，它意味着发明，独创性和机械。后来逐渐丰富演变成一个词，有两层含义，即一切技术的提高和对自然运动规律的理性探讨，更深层的含义发展较晚。
从工程技术的角度，人类逐渐积累了关于重心、平衡、简单机械、浮力、圆周和直线运动等知识。从古代开始，公元前5000-4000年苏美尔人发明了轮子，公元前2000年中国发明了独木舟，公元前2500年埃及发明了小船和帆船。这些经验逐渐积累，从古希腊到古希腊有类似阿基米德的守城装备到意大利的维特鲁威(1世纪前公园)的建筑机械。
直到17世纪，把积累的机械知识总结成五种简单的机械(杠杆、轴、斜面、螺杆、滑轮)。在西方语言中，Mechanics和Mechanism是同根的。所以，在很长的一个历史阶段，人们把力学和机械看成一个东西。
人类从探索自然规律的角度出发，首先积累了天体运动的观测数据，并试图探索其真实的运动状态。力学的早期发展与天文学密不可分，从古代历法到古希腊的托勒密地心说，再到哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿的经典力学。这种探索与数学紧密结合。
后来，这两种趋势结合起来，形成了力学这门学科。它的研究内容和特点也随着时代的发展而变化。
欧洲文艺复兴早期的学者列奥纳多·达·芬奇说:“努力学习的时候是数学科学的天堂，因为我们在这里得到数学的成果。”
意大利学者伽利略在《关于两个新学科的对话》(即材料力学和物体运动理论)中说:“你们威尼斯人在著名的兵工厂中的连续活动，特别是涉及力学的活动，为好学的人提出了广阔的领域。因为在这个部门中，各种机器和仪器是由许多工匠不断制造的，他们中的一些人必须有很高的技能，并且在解释问题时非常聪明，因为他们继承了经验并使用了自己的观察结果。
与伽利略几乎同时的中国明末，力学的定义大致反映在西方传教士邓(瑞士人)口述、王惠记录、1627出版的《远西奇景图录》中当时西方对力学的认识。书上说:“实力就是实力，实力。比如人力，马力，风力。也叫用力，比如用人力、马力、水和风。艺术是一种巧妙的发挥方法和手段，所以以善用其力，轻省其力而著称。强调学者，学问是名义上的，艺术是私人的，文学、理学、算术等等都叫学问，所以叫公。但此功术之学，独门而重，故学云重要。”
这段话解释了重学(即力学)和劲艺(即力学)这两个名称的由来。由此可见，无论是东方还是西方，力学的早期研究内容一般都离不开升力。
这本书还说:“每个学校都有自己的分部。比如医学院处理人的疾病，就要统计师数。但无论土、水、木、石等物，这门艺术的划分总是负重前行。”这篇文章总结了力学的研究内容。
在谈到力学与数学的关系时，书中说:“造物主的造物都是经过计数、测量和加权的，一切都是自然的。数不仅是算术，也是度量，学会这个技能也很重要。有一种沉重的本性。如果一个比另一个更重要，那么这是一个算术问题；比更重的物体重的物体的尺寸叫做度量衡。所以，学数学，学数学，再学是必须的。盖三雪自性而生，是兄弟姻亲，不可分离。”这里的数学是指计算，与现代数学不同。计量学是指测量，更广义地说，是指几何学。
最具代表性的是牛顿在《自然哲学的科学原理》序言中说:“哲学的全部任务似乎是从各种运动现象中研究自然界的各种力，然后用这些力来论证其他现象。”所有的自然现象都可以根据力学原理用类似的推理来论证。
牛顿在他的《自然哲学的科学原理》一书第一版的序言中说:“由于古人(如帕普斯(公元前3世纪)告诉我们)把力学作为研究自然事物的最重要的东西，现在人们试图用数学规律而不是它们的物理形状和隐藏的性质来解释自然现象，所以我在本书中也致力于用数学来探讨相关的哲学问题。古人从两个方面研究力学，一方面是用论证理性准确，另一方面是实用。一切工艺都属于实用力学，力学的名称就是这个道理。”
“几何学是以力学的实践为基础的。无非是普通力学的一部分，可以准确的提出并论证测量方法。但由于craft主要用于物体的运动，一般认为几何涉及物体的大小，而力学涉及其运动。从这个意义上说，推理力学是一门能够准确提出和论证任何力引起的运动和产生任何运动所需的力的科学。”
基尔霍夫
1874年，基尔霍夫在《力学讲义》第一段中对力学的定义是:“至于研究过程中的运动科学，我们说它的任务是以完整的、假设的方式描述自然界中的运动。”
周培源
中国著名力学家周培源教授说:“力学是关于物质宏观运动的科学。
惠更斯(克里斯蒂安·惠更斯1629-1695)
惠更斯说:科学应该是“我希望能够以同样的方式从力学原理中推导出自然界的许多其他现象”。“在真正的哲学中，所有自然现象的原因都应该用机械论的术语来考虑。在我看来，我们必须这样做。”
亥姆霍兹(赫尔曼·赫尔姆霍茨1821-1894)
亥姆霍兹说:“所有自然科学的终极目标都是这样概括的，所以科学的任务也就结束了。”
开尔文勋爵(威廉·汤姆孙1824-1907)
19年底的英国科学家开尔文(Kelvin)说:“我的目标是证明如何建立一个力学模型，它将在我们正在思考的任何物理现象中满足所需的条件。我永远不会满足，直到我为一个事物建立了一个机械模型。如果我能成功建立一个模型，我就能理解它，否则我就不能理解它。”
马克思(卡尔·马克思1818-1883)
力学是“大工业的真正科学基础”剩余价值理论(第二卷)。马克思恩格斯全集，26卷；116
弗里德里希·恩格斯(1820-1895)
《认识机械运动是科学的首要任务》自然辩证法，人民出版社，1971: 230。
劳厄(马克斯·冯·劳厄，1879-1960)
德国物理学家劳厄说:“力学这门科学的成就是什么？那真是数不胜数！它为任何一种技术设计提供了理论基础，只要设计是机械的，从而深度介入日常生活；他还被应用于生物科学，如身体运动力学或听觉力学。.....，力学描述了大到恒星，小到超微观粒子的运动，这与所有的经验是一致的；事实上，它甚至部分证明了我们在分子、原子甚至更小的基本粒子(电子等)上的实验。).因此，它成为玻尔兹曼-吉布斯创立的气体运动理论和物理统计学的基础。而这一切组合成一座美丽的庙宇，建筑体系庄严雄伟，感人肺腑。所以，在很长一段时间里，人们把力学等同于整个物理学，把物理学的目的看成是把所有的过程都归于力学，这也就不足为奇了。甚至在1900左右人们意识到电动力学不能归于力学之后，很多人还误以为力学是数学之类的东西，是经验之外的东西。所以，当量子论系列从1900开始的时候，人们逐渐越来越意识到力学的有效边界，人们被震撼得有多深！然而，即使在量子理论取代力学的地方，力学的两个定律仍然不变:能量守恒定律和冲量守恒定律。”
阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)
爱因斯坦在《物理与现实》中的一段话:“虽然我们今天确实知道经典力学不能作为统治所有物理学的基础，但它仍然占据着我们在物理学中所有思想的中心。原因在于，无论自牛顿时代以来取得了多大的进步，我们仍然没有达到一种新的物理基础，这种新的物理基础可以使我们相信，我们所研究的所有现象和所有成功的局域理论关系都可以从其中逻辑地推导出来。”
2.力学史上的重要人物
伽利略(1564-1642)
史蒂文(西蒙·斯蒂文，1548-1620)
尼古拉斯？尼古拉斯·哥白尼(1473-1543)
阿基米德(公元前287年至公元前265438年)
牛顿(艾萨克·牛顿，1642-1727)
莱布尼茨(戈特弗里德·威廉·莱布尼茨，1646
惠更斯(克里斯蒂安·惠更斯，1629-1695)
约翰尼斯·开普勒(1571-1630)
纳维尔(纳维尔，1785-1836)
拉普拉斯(皮埃尔·西蒙·拉普拉斯，1749-1827)
拉格朗日(约瑟夫·刘易斯·拉格朗治，1736-1813)
欧拉(莱昂·哈德欧拉，1707-1783)
阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955)
科瓦列夫·斯卡娅(1850-1891)
圣维南岛(1797-1886)
柯西，奥古斯丁-路易斯，1789-1857)
3.各行各业都在搞机械
力学和天文学
地球运动，行星爆炸，三体，太空探索
力学和数学
速度加速度与变量过程的研究、极限与微积分、高维空间的引入、变分法与最速偏差、能量与泛函、守恒律与不变量、动力系统与微分方程。
力学和物理学
了解电磁场，光在引力场中的弯曲
力学、医学和生物学
血泵
力学和化学
从1951，苏联学者鲍里斯·别洛乌索夫和学生阿纳托尔·扎博廷斯基注意到，在硫酸中加入溴酸根和铈离子的混合物，会产生无色微黄色的周期性变化。从此开始了对反应扩散波的研究。
因为力学的基础理论在很多方面已经成熟，只有湍流、强度等少数理论问题，所以应用力学的研究队伍相对于应用力学来说占了很大的比重，这与第二阶段形成了鲜明的对比。当时理论力学在整个力学学科的研究队伍中所占的比例与今天相比，实在是太多了。
4.中国航空航天技术的发展。
中国航天路
运载火箭:
1958年，中国第一个发射场开始建设。1964年，中国第一枚搭载老鼠的生物火箭在安徽发射，到达70公里高空。
1970年4月24日，长征1运载火箭首次发射成功，将我国第一颗人造卫星东方红1送入预定轨道。
长征二号是在远程导弹东风5的基础上发展起来的。1975年成功将我国第一颗返回式遥感卫星送入轨道。
长征三号运载火箭是在长征二号火箭的基础上发展起来的。世界屋脊采用了低温高能的液氢和液氧发动机。1984年4月8日，成功将东方红二号通信卫星送入地球同步轨道，中国从此成为世界上少数几个能够发射地球同步卫星的国家。
长征四号是一种三级大型运载火箭，采用常规液体推进剂。1988年9月7日，我国第一代气象卫星风云1搭载长征四号成功入轨。
1994年2月8日，我国高轨能力最大的运载火箭长征三号甲成功首飞，将石坚四号科学探测卫星和夸父1模拟星送入地球同步转移轨道。
以2003年北斗一号导航试验卫星发射为标志，长征系列运载火箭已进行了第70次发射，成功率达90%，总体技术性能达到国际一流水平。
卫星:
1970年4月24日，东方红1卫星由长征1运载火箭发射。卫星进入近地轨道，轨道倾角68.40°，运行周期114分钟。
从1975 11开始，我国先后发射了两代返回式遥感卫星***17，除一颗外均成功回收，在遥感和微重力研究方面取得了巨大成就。
中国第一颗实用通信卫星正式命名为东方红二号。
1988年9月7日，我国第一颗气象卫星风云1由长征四号发射升空。
1999 10中巴联合研制的“资源一号”卫星成功发射，接收到的卫星影像数据广泛应用于农业、林业、水利、矿产、能源、测绘、环保等诸多部分。
为了建立我国的北斗导航系统，设计者成功研制了北斗导航试验卫星1，并于2000年6月65438+10月65438+2月首次发射成功。
2002年5月15日，海阳1与1风云1卫星一起由长征4B号送入轨道。海洋1是我国第一颗从实验阶段走向实用化的小卫星。主要从天空探索海洋，促进海洋资源的开发利用。
到2003年上半年，中国已研制并发射了51颗各种类型的卫星。
在戈壁滩上建造一座生态航天城
1958开工建设的酒泉卫星发射中心航天纪念塔，位于戈壁滩深处。它是中国第一个卫星发射场，也是中国最大的航天发射中心。
载人航天的到来:初步探讨
1971年4月，来自80多家单位的400多位航天专家来到北京京西宾馆，深入探讨载人航天。
讨论进行得很顺利，确定了载人航天发展“714工程”。中国的科技工作者似乎看到了载人航天的曙光。
载人航天的到来:黎明即将来临
1992年，中国政府正式批准载人航天工程，命名为“921工程”。
10月20日1999、165438+神舟一号飞船发射入轨，10月20日11返回地面，实验取得圆满成功。在经过神舟二号、神舟三号和神舟四号的全面实验和测试后，它于2003年完工。30806.888686886616
嫦娥一号卫星发射绕月轨道探测任务(2007.338+0438+0)。
七神问天(2008年9月25日)
5.力学在土木工程中的应用——结构工程概况
人类文明程度的一个标志体现在各种结构上，能够承受并具有一定功能的物体都可以归于结构，如高楼、汽车、轮船、飞机、桥梁、水坝、机床、望远镜、精密仪器等等。广义来说，地壳、基岩、土层也可以看作是结构。人类越进步，结构越复杂。
所谓建筑，必须是安全的，经济的；
第二，要实用、舒适、美观。
前一个问题是工程结构和结构力学要解决的问题。第二个任务属于架构要解决的问题。
结构设计包括结构本身的强度、刚度、动力学和稳定性分析。
目前结构设计的大部分工作量开始由计算机承担，是计算结构力学和结构CAD。
结构设计的另一个方面是确定结构上的载荷。
还包括保持一定功能的优化设计、新结构形式的研究和结构加工成型的研究。如果能选择刚性结构设计中的优化方法，节省1%的钢材，相当于建了一个年产百万吨的钢铁厂。
以石、木、砖为主要建筑材料的时代。
无论在东方还是西方，在钢铁和混凝土作为主要建筑材料之前，石头、木头和砖的使用时间最长。
木结构不耐火，所以中国古建筑历史很长。
古希腊雅典卫城的大门
雅典女神
五台山仙通寺五粮店
应县佛宫寺萨迦塔
河北赵县赵州桥
古罗马的拱桥
6.材料力学的早期研究
列奥纳多·达·芬奇在他的手稿中研究和讨论了住宅可以承受的负荷。
伽利略在《两门新课的对话》(1638)中提到，考察了固定悬臂梁的承载能力。
埃德姆·马略特做了伽利略做的实验，因为他们表面的平衡条件都错了，结果的系数都不正确。
雅各比？伯努利对梁的研究就是今天人们所说的伯努利梁理论。
混凝土简史:
1774年，英国工程师史密斯·敦宰(Smith Dunzai)用石灰、粘土和沙子的混合物建造了离岸灯塔的地基，效果非常好。
1824年，英国石匠阿斯普丁获得了一项燃烧水泥的专利，这种水泥被称为波特兰水泥，因为它与波特兰的石头非常接近。
法国在1840，德国在1855设立水泥厂。
在1970年，世界上每个人每年使用156公斤水泥。
钢筋和混凝土共同工作的条件
钢筋和混凝土的物理和机械性能差异很大，但它们可以协同工作，因为:
1)钢筋与混凝土之间有很好的粘结力。在荷载作用下，能保证两种材料和谐变形，* * *受力相同；
2)钢筋和混凝土的线膨胀系数基本相同(钢筋为1.2x10-5，混凝土为(1.0 ~ 1.5)x 10-5)，所以当温度变化时，两种材料不会有太大的变形差异而引起。
混凝土结构的优点:
1)材料的合理利用:可以充分发挥钢筋和混凝土的材料强度，结构承载力与刚度之比合适，基本不存在局部稳定问题，单位应力价格低。对于一般工程结构，经济指标优于钢结构。
2)成型性好:混凝土可根据需要浇注成各种性能和尺寸，适用于各种形状复杂的结构，如空间薄壳、箱形结构等。
3)耐久性和耐火性好，维护成本低:钢筋有混凝土保护层，不易生锈，混凝土强度随时间增长；混凝土是不良导热体，30mm厚的混凝土保护层可以耐火2小时，使钢筋不会因温升过大而失去强度。
4)现浇混凝土结构整体性好，通过适当配筋可获得良好的延性，适用于抗震、抗暴力结构；同时具有良好的抗振动和抗辐射性能，适用于防护结构。
5)高刚度和阻尼有利于结构的变形控制。
6)易于就地取材:混凝土中使用的大量砂石易于就地取材。近年来，工业废料被用来制造人工骨料或作为水泥的附加成分来改善混凝土的性能。
混凝土结构的缺点:
(1)自重:不适用于大跨度、高层结构；
(2)抗裂性差:普通钢筋混凝土结构在正常使用阶段经常带裂缝工作，在环境恶劣(露天、沿海、化学侵蚀)时会影响耐久性；也限制了普通钢筋混凝土在大跨度结构中的应用，高强度钢筋无法应用；
(3)承载力有限:在重载结构和高层建筑的底部结构中，构件尺寸过大，减少了使用空间；
(4)施工复杂，工序多(支模、钢筋绑扎、浇筑、养护)，工期长，受季节、天气影响大；
(5)混凝土机构一旦损坏，很难修复、加固、补强。
钢铁材料
19世纪中叶以后，炼钢技术得到普及，钢铁因此得到广泛使用。第一艘钢船于1859年在英国建造。
1873年，横跨泰晤士河的阿尔伯特吊桥在英国伦敦建成，最大跨度384英尺。
网架结构
它是由大量彼此相同的短钢管或合金管组成的平面或空间桁架。
它不同于桁架，桁架的杆件也不同于主从。
因为分析它的应力有很多未知数，所以发展较晚，直到20世纪60年代才被广泛使用。
建筑物按结构分类:
1.混合结构
2.单层厂房结构
3.框架结构:25 - 60m。
4.框架-剪力墙结构:50 50 - 130m。
5.剪力墙结构:60-140米
6.简化结构:70-300米
7.大跨度结构:> 300米
悬索结构
最早的吊桥出现在20世纪70年代的英国。
在外部混凝土圈梁上固定高强度钢丝，正好发挥了钢丝抗拉和混凝土抗压的优势。
20世纪60年代以后，大跨度的展览馆和运动场不时出现。
发电厂冷却塔
波音767
温哥华的充气结构展览馆
薄膜结构
随着化学工业的发展，尼龙膜和人造纤维得到了广泛的应用。充气结构主义者在悬索结构上发展了它。
安装、充气、拆卸、携带方便。
可以大跨度完成。
最早出现在20世纪40年代，大量出现在70年代。
抗震结构
世界上许多地区都是地震多发地区，如日本、台湾省和旧金山。
在地震多发地区建设时，必须考虑结构的抗震性能。
一般来说，轻质柔性结构有利于抗震。
此外，国家有关部门还制定了建筑结构抗震规范。
吊索型材，广东虎门大桥，香港青马大桥，斜拉桥拉杆根部减震器，斜拉桥施工。
薄壳结构
弹性薄壳理论是19年底在乐府的基尔霍夫板理论的基础上发展起来的。
20世纪20年代，德国首次将圆柱壳用于屋顶结构。后来出现了球面、鞍面等曲面的壳结构和折板结构。
薄壳结构在大型冷却塔中的应用可追溯到大约1913。
薄壳理论成熟于20世纪40年代，之后薄壳被广泛应用于建筑领域。对于船舶来说，航空结构更早。
冰堵桥孔造成桥梁损坏
重建桥梁图
作用在结构上的载荷:地震载荷图
全球地震发生分布图
作用在结构上的荷载
国家有荷载规范，明确规定了风荷载、雪荷载、温度荷载、地震荷载、恒载、活载。
在实际设计中，应根据某些荷载的不同组合来确定设计。
7.20世纪力学的发展
20世纪力学中几个重要问题的进展？
1.20世纪前力学发展特点述评。
？力学和数学之间的密切关系
？机械系统中不断出现新的模型。
？理论力学和应用力学的关系
？实验在力学中的作用
2.力学中的分叉。
？周期解和非线性振动问题
？分歧问题
？霍普夫分歧问题
？KAM定理与稳定性理论的进一步发展
？奇怪吸引子和全局分歧问题
？非线性科学
3.流体中的孤立波、分叉和湍流。
？湍流的早期实验研究
？流体流动的稳定性
？孤立波的研究
？湍流研究的早期理论
？湍流和分叉
4.连续介质力学、结构分析和固体力学的发展。
？连续介质力学的发展
？结构力学的发展
？塑性力学
？强度理论和材料的疲劳强度
？断裂力学的形成和发展
5.计算力学的形成和发展。
6.力学教育的发展
21世纪力学的发展趋势
21世纪力学的发展趋势
1.宏观和微观相结合
2.学科的交叉与融合
3.力学与工程技术的结合
4.更加注重高性能计算和先进的实验技术。
(一)固体力学的发展趋势
重要科学问题和前沿领域。
微纳技术
多尺度力学和跨尺度关联与计算
新材料与结构的多场耦合力学
生物材料和仿生材料的生物力学
科学和工程计算及软件
实验力学仪器设备、新技术和新表征方法的发展
2.国家需求的方向
固体强度和破坏力学
计算力学软件
固体力学在国家安全和航天工程中的应用
大型工程结构和工业设备的力学问题
爆炸和冲击力学
环境和灾害力学
(二)流体力学的发展趋势
1)界面流体力学
2)构型生长原型的粘性指进
3)动静脉系统中的血液流动
4)剪切流的不稳定性
5)湍流
6)环境对流
7)磁流体动力学
8)流体的凝固
9)地质流体力学
10)海洋动力学
11)全球大气环流
12)涡旋动力学
13)高速流体力学
14)高超声速空气动力学
15)稀薄气体动力学
16)多相流体力学
17)非牛顿流体力学
18)计算流体动力学
(3)普通力学和基础(动力学和控制)学科的发展趋势
主要研究领域:
1)非线性力学
2)多体系统动力学
3)分析力学
研究方向
6)极端条件下主要设备的非线性振动与控制。
7)复杂网络系统的非线性动力学
8)微/纳米尺度系统动力学和控制
9)分析力学的一些问题(如约束系统的非线性动力学等。)
10)弹性体-刚体耦合系统的动力学与控制
(四)跨学科力学的发展趋势
1.物理力学
2.生物力学
3.环境力学
4.爆炸力学
5.等离子力学
6.地球动力学
8.摘要
1力学是最早的精确科学；
力学是所有自然科学中最基础的学科，掌握力学是通往其他学科的门户；
力学史上形成的方法论对各个学科影响深远；
力学是现代工程技术的理论基础；
力学是真善美的统一。