什麽是力學？
要回答這個問題，必須從它的歷史發展過程來把握。中國古代也有“力學”這個詞，但就像中國古代的“科學”只是科舉之學壹樣，它和現在有著完全不同的含義。在中國古代，“力學”就是刻苦學習的意思。比如《耕田力學》，要通過努力學習來教。“力學”的現代含義是從西方傳入的。雖然中國古代沒有同樣現代意義的詞，但“力”這個詞出現得相當早。在甲骨文中，“力”這個詞是壹個奴隸彎腰耕種的形狀。表示其容量已滿。
中國對“力”的最早定義是由墨子(公元前490-405年)在莫箐寫的。有兩種意見:壹是“武力重。”第二:“強者，刑之所以振奮。”這裏的“懲罰”是普遍的。按照這兩種說法，現在離“逼”不遠了。
在古代技術中，無論是東方還是西方，都有相當壹部分是起重搬運，也就是對抗重力。因此，在很長的歷史時期內，力學的主要內容是對靜力學、平衡、重心和升力的研究。
另壹方面，“力”是物體改變運動狀態的原因。這是伽利略後來的理解。按照現在的字面理解，《莫箐》中的第二種說法似乎是“形”指的是身體，“勁”指的是運動，也就是說，力是物體運動的原因。可惜在墨經中，形是指身體，意思是舉起來。按照墨經本身的說法，“舉重若輕也是令人興奮的”，可見墨經的意思是，力量就是身體把東西向上舉。所以墨經中的兩種說法只有壹個意思，只有靜沒有動。
在西方，“力學”壹詞來源於希臘語。從字面上來說，它意味著發明，獨創性和機械。後來逐漸豐富演變成壹個詞，有兩層含義，即壹切技術的提高和對自然運動規律的理性探討，更深層的含義發展較晚。
從工程技術的角度，人類逐漸積累了關於重心、平衡、簡單機械、浮力、圓周和直線運動等知識。從古代開始，公元前5000-4000年蘇美爾人發明了輪子，公元前2000年中國發明了獨木舟，公元前2500年埃及發明了小船和帆船。這些經驗逐漸積累，從古希臘到古希臘有類似阿基米德的守城裝備到意大利的維特魯威(1世紀前公園)的建築機械。
直到17世紀，把積累的機械知識總結成五種簡單的機械(杠桿、軸、斜面、螺桿、滑輪)。在西方語言中，Mechanics和Mechanism是同根的。所以，在很長的壹個歷史階段，人們把力學和機械看成壹個東西。
人類從探索自然規律的角度出發，首先積累了天體運動的觀測數據，並試圖探索其真實的運動狀態。力學的早期發展與天文學密不可分，從古代歷法到古希臘的托勒密地心說，再到哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓的經典力學。這種探索與數學緊密結合。
後來，這兩種趨勢結合起來，形成了力學這門學科。它的研究內容和特點也隨著時代的發展而變化。
歐洲文藝復興早期的學者列奧納多·達·芬奇說:“努力學習的時候是數學科學的天堂，因為我們在這裏得到數學的成果。”
意大利學者伽利略在《關於兩個新學科的對話》(即材料力學和物體運動理論)中說:“妳們威尼斯人在著名的兵工廠中的連續活動，特別是涉及力學的活動，為好學的人提出了廣闊的領域。因為在這個部門中，各種機器和儀器是由許多工匠不斷制造的，他們中的壹些人必須有很高的技能，並且在解釋問題時非常聰明，因為他們繼承了經驗並使用了自己的觀察結果。
與伽利略幾乎同時的中國明末，力學的定義大致反映在西方傳教士鄧(瑞士人)口述、王惠記錄、1627出版的《遠西奇景圖錄》中當時西方對力學的認識。書上說:“實力就是實力，實力。比如人力，馬力，風力。也叫用力，比如用人力、馬力、水和風。藝術是壹種巧妙的發揮方法和手段，所以以善用其力，輕省其力而著稱。強調學者，學問是名義上的，藝術是私人的，文學、理學、算術等等都叫學問，所以叫公。但此功術之學，獨門而重，故學雲重要。”
這段話解釋了重學(即力學)和勁藝(即力學)這兩個名稱的由來。由此可見，無論是東方還是西方，力學的早期研究內容壹般都離不開升力。
這本書還說:“每個學校都有自己的分部。比如醫學院處理人的疾病，就要統計師數。但無論土、水、木、石等物，這門藝術的劃分總是負重前行。”這篇文章總結了力學的研究內容。
在談到力學與數學的關系時，書中說:“造物主的造物都是經過計數、測量和加權的，壹切都是自然的。數不僅是算術，也是度量，學會這個技能也很重要。有壹種沈重的本性。如果壹個比另壹個更重要，那麽這是壹個算術問題；比更重的物體重的物體的尺寸叫做度量衡。所以，學數學，學數學，再學是必須的。蓋三雪自性而生，是兄弟姻親，不可分離。”這裏的數學是指計算，與現代數學不同。計量學是指測量，更廣義地說，是指幾何學。
最具代表性的是牛頓在《自然哲學的科學原理》序言中說:“哲學的全部任務似乎是從各種運動現象中研究自然界的各種力，然後用這些力來論證其他現象。”所有的自然現象都可以根據力學原理用類似的推理來論證。
牛頓在他的《自然哲學的科學原理》壹書第壹版的序言中說:“由於古人(如帕普斯(公元前3世紀)告訴我們)把力學作為研究自然事物的最重要的東西，現在人們試圖用數學規律而不是它們的物理形狀和隱藏的性質來解釋自然現象，所以我在本書中也致力於用數學來探討相關的哲學問題。古人從兩個方面研究力學，壹方面是用論證理性準確，另壹方面是實用。壹切工藝都屬於實用力學，力學的名稱就是這個道理。”
“幾何學是以力學的實踐為基礎的。無非是普通力學的壹部分，可以準確的提出並論證測量方法。但由於craft主要用於物體的運動，壹般認為幾何涉及物體的大小，而力學涉及其運動。從這個意義上說，推理力學是壹門能夠準確提出和論證任何力引起的運動和產生任何運動所需的力的科學。”
基爾霍夫
1874年，基爾霍夫在《力學講義》第壹段中對力學的定義是:“至於研究過程中的運動科學，我們說它的任務是以完整的、假設的方式描述自然界中的運動。”
周培源
中國著名力學家周培源教授說:“力學是關於物質宏觀運動的科學。
惠更斯(克裏斯蒂安·惠更斯1629-1695)
惠更斯說:科學應該是“我希望能夠以同樣的方式從力學原理中推導出自然界的許多其他現象”。“在真正的哲學中，所有自然現象的原因都應該用機械論的術語來考慮。在我看來，我們必須這樣做。”
亥姆霍茲(赫爾曼·赫爾姆霍茨1821-1894)
亥姆霍茲說:“所有自然科學的終極目標都是這樣概括的，所以科學的任務也就結束了。”
開爾文勛爵(威廉·湯姆孫1824-1907)
19年底的英國科學家開爾文(Kelvin)說:“我的目標是證明如何建立壹個力學模型，它將在我們正在思考的任何物理現象中滿足所需的條件。我永遠不會滿足，直到我為壹個事物建立了壹個機械模型。如果我能成功建立壹個模型，我就能理解它，否則我就不能理解它。”
馬克思(卡爾·馬克思1818-1883)
力學是“大工業的真正科學基礎”剩余價值理論(第二卷)。馬克思恩格斯全集，26卷；116
弗裏德裏希·恩格斯(1820-1895)
《認識機械運動是科學的首要任務》自然辯證法，人民出版社，1971: 230。
勞厄(馬克斯·馮·勞厄，1879-1960)
德國物理學家勞厄說:“力學這門科學的成就是什麽？那真是數不勝數！它為任何壹種技術設計提供了理論基礎，只要設計是機械的，從而深度介入日常生活；他還被應用於生物科學，如身體運動力學或聽覺力學。.....，力學描述了大到恒星，小到超微觀粒子的運動，這與所有的經驗是壹致的；事實上，它甚至部分證明了我們在分子、原子甚至更小的基本粒子(電子等)上的實驗。).因此，它成為玻爾茲曼-吉布斯創立的氣體運動理論和物理統計學的基礎。而這壹切組合成壹座美麗的廟宇，建築體系莊嚴雄偉，感人肺腑。所以，在很長壹段時間裏，人們把力學等同於整個物理學，把物理學的目的看成是把所有的過程都歸於力學，這也就不足為奇了。甚至在1900左右人們意識到電動力學不能歸於力學之後，很多人還誤以為力學是數學之類的東西，是經驗之外的東西。所以，當量子論系列從1900開始的時候，人們逐漸越來越意識到力學的有效邊界，人們被震撼得有多深！然而，即使在量子理論取代力學的地方，力學的兩個定律仍然不變:能量守恒定律和沖量守恒定律。”
阿爾伯特·愛因斯坦(1879-1955)
愛因斯坦在《物理與現實》中的壹段話:“雖然我們今天確實知道經典力學不能作為統治所有物理學的基礎，但它仍然占據著我們在物理學中所有思想的中心。原因在於，無論自牛頓時代以來取得了多大的進步，我們仍然沒有達到壹種新的物理基礎，這種新的物理基礎可以使我們相信，我們所研究的所有現象和所有成功的局域理論關系都可以從其中邏輯地推導出來。”
2.力學史上的重要人物
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)
牛頓(艾薩克·牛頓，1642-1727)
萊布尼茨(戈特弗裏德·威廉·萊布尼茨，1646
惠更斯(克裏斯蒂安·惠更斯，1629-1695)
約翰尼斯·開普勒(1571-1630)
納維爾(納維爾，1785-1836)
拉普拉斯(皮埃爾·西蒙·拉普拉斯，1749-1827)
拉格朗日(約瑟夫·劉易斯·拉格朗治，1736-1813)
歐拉(萊昂·哈德歐拉，1707-1783)
阿爾伯特·愛因斯坦(1879-1955)
科瓦列夫·斯卡婭(1850-1891)
聖維南島(1797-1886)
柯西，奧古斯丁-路易斯，1789-1857)
3.各行各業都在搞機械
力學和天文學
地球運動，行星爆炸，三體，太空探索
力學和數學
速度加速度與變量過程的研究、極限與微積分、高維空間的引入、變分法與最速偏差、能量與泛函、守恒律與不變量、動力系統與微分方程。
力學和物理學
了解電磁場，光在引力場中的彎曲
力學、醫學和生物學
血泵
力學和化學
從1951，蘇聯學者鮑裏斯·別洛烏索夫和學生阿納托爾·紮博廷斯基註意到，在硫酸中加入溴酸根和鈰離子的混合物，會產生無色微黃色的周期性變化。從此開始了對反應擴散波的研究。
因為力學的基礎理論在很多方面已經成熟，只有湍流、強度等少數理論問題，所以應用力學的研究隊伍相對於應用力學來說占了很大的比重，這與第二階段形成了鮮明的對比。當時理論力學在整個力學學科的研究隊伍中所占的比例與今天相比，實在是太多了。
4.中國航空航天技術的發展。
中國航天路
運載火箭:
1958年，中國第壹個發射場開始建設。1964年，中國第壹枚搭載老鼠的生物火箭在安徽發射，到達70公裏高空。
1970年4月24日，長征1運載火箭首次發射成功，將我國第壹顆人造衛星東方紅1送入預定軌道。
長征二號是在遠程導彈東風5的基礎上發展起來的。1975年成功將我國第壹顆返回式遙感衛星送入軌道。
長征三號運載火箭是在長征二號火箭的基礎上發展起來的。世界屋脊采用了低溫高能的液氫和液氧發動機。1984年4月8日，成功將東方紅二號通信衛星送入地球同步軌道，中國從此成為世界上少數幾個能夠發射地球同步衛星的國家。
長征四號是壹種三級大型運載火箭，采用常規液體推進劑。1988年9月7日，我國第壹代氣象衛星風雲1搭載長征四號成功入軌。
1994年2月8日，我國高軌能力最大的運載火箭長征三號甲成功首飛，將石堅四號科學探測衛星和誇父1模擬星送入地球同步轉移軌道。
以2003年北鬥壹號導航試驗衛星發射為標誌，長征系列運載火箭已進行了第70次發射，成功率達90%，總體技術性能達到國際壹流水平。
衛星:
1970年4月24日，東方紅1衛星由長征1運載火箭發射。衛星進入近地軌道，軌道傾角68.40°，運行周期114分鐘。
從1975 11開始，我國先後發射了兩代返回式遙感衛星***17，除壹顆外均成功回收，在遙感和微重力研究方面取得了巨大成就。
中國第壹顆實用通信衛星正式命名為東方紅二號。
1988年9月7日，我國第壹顆氣象衛星風雲1由長征四號發射升空。
1999 10中巴聯合研制的“資源壹號”衛星成功發射，接收到的衛星影像數據廣泛應用於農業、林業、水利、礦產、能源、測繪、環保等諸多部分。
為了建立我國的北鬥導航系統，設計者成功研制了北鬥導航試驗衛星1，並於2000年6月65438+10月65438+2月首次發射成功。
2002年5月15日，海陽1與1風雲1衛星壹起由長征4B號送入軌道。海洋1是我國第壹顆從實驗階段走向實用化的小衛星。主要從天空探索海洋，促進海洋資源的開發利用。
到2003年上半年，中國已研制並發射了51顆各種類型的衛星。
在戈壁灘上建造壹座生態航天城
1958開工建設的酒泉衛星發射中心航天紀念塔，位於戈壁灘深處。它是中國第壹個衛星發射場，也是中國最大的航天發射中心。
載人航天的到來:初步探討
1971年4月，來自80多家單位的400多位航天專家來到北京京西賓館，深入探討載人航天。
討論進行得很順利，確定了載人航天發展“714工程”。中國的科技工作者似乎看到了載人航天的曙光。
載人航天的到來:黎明即將來臨
1992年，中國政府正式批準載人航天工程，命名為“921工程”。
10月20日1999、165438+神舟壹號飛船發射入軌，10月20日11返回地面，實驗取得圓滿成功。在經過神舟二號、神舟三號和神舟四號的全面實驗和測試後，它於2003年完工。30806.888686886616
嫦娥壹號衛星發射繞月軌道探測任務(2007.338+0438+0)。
七神問天(2008年9月25日)
5.力學在土木工程中的應用——結構工程概況
人類文明程度的壹個標誌體現在各種結構上，能夠承受並具有壹定功能的物體都可以歸於結構，如高樓、汽車、輪船、飛機、橋梁、水壩、機床、望遠鏡、精密儀器等等。廣義來說，地殼、基巖、土層也可以看作是結構。人類越進步，結構越復雜。
所謂建築，必須是安全的，經濟的；
第二，要實用、舒適、美觀。
前壹個問題是工程結構和結構力學要解決的問題。第二個任務屬於架構要解決的問題。
結構設計包括結構本身的強度、剛度、動力學和穩定性分析。
目前結構設計的大部分工作量開始由計算機承擔，是計算結構力學和結構CAD。
結構設計的另壹個方面是確定結構上的載荷。
還包括保持壹定功能的優化設計、新結構形式的研究和結構加工成型的研究。如果能選擇剛性結構設計中的優化方法，節省1%的鋼材，相當於建了壹個年產百萬噸的鋼鐵廠。
以石、木、磚為主要建築材料的時代。
無論在東方還是西方，在鋼鐵和混凝土作為主要建築材料之前，石頭、木頭和磚的使用時間最長。
木結構不耐火，所以中國古建築歷史很長。
古希臘雅典衛城的大門
雅典女神
五臺山仙通寺五糧店
應縣佛宮寺薩迦塔
河北趙縣趙州橋
古羅馬的拱橋
6.材料力學的早期研究
列奧納多·達·芬奇在他的手稿中研究和討論了住宅可以承受的負荷。
伽利略在《兩門新課的對話》(1638)中提到，考察了固定懸臂梁的承載能力。
埃德姆·馬略特做了伽利略做的實驗，因為他們表面的平衡條件都錯了，結果的系數都不正確。
雅各比？伯努利對梁的研究就是今天人們所說的伯努利梁理論。
混凝土簡史:
1774年，英國工程師史密斯·敦宰(Smith Dunzai)用石灰、粘土和沙子的混合物建造了離岸燈塔的地基，效果非常好。
1824年，英國石匠阿斯普丁獲得了壹項燃燒水泥的專利，這種水泥被稱為波特蘭水泥，因為它與波特蘭的石頭非常接近。
法國在1840，德國在1855設立水泥廠。
在1970年，世界上每個人每年使用156公斤水泥。
鋼筋和混凝土共同工作的條件
鋼筋和混凝土的物理和機械性能差異很大，但它們可以協同工作，因為:
1)鋼筋與混凝土之間有很好的粘結力。在荷載作用下，能保證兩種材料和諧變形，* * *受力相同；
2)鋼筋和混凝土的線膨脹系數基本相同(鋼筋為1.2x10-5，混凝土為(1.0 ~ 1.5)x 10-5)，所以當溫度變化時，兩種材料不會有太大的變形差異而引起。
混凝土結構的優點:
1)材料的合理利用:可以充分發揮鋼筋和混凝土的材料強度，結構承載力與剛度之比合適，基本不存在局部穩定問題，單位應力價格低。對於壹般工程結構，經濟指標優於鋼結構。
2)成型性好:混凝土可根據需要澆註成各種性能和尺寸，適用於各種形狀復雜的結構，如空間薄殼、箱形結構等。
3)耐久性和耐火性好，維護成本低:鋼筋有混凝土保護層，不易生銹，混凝土強度隨時間增長；混凝土是不良導熱體，30mm厚的混凝土保護層可以耐火2小時，使鋼筋不會因溫升過大而失去強度。
4)現澆混凝土結構整體性好，通過適當配筋可獲得良好的延性，適用於抗震、抗暴力結構；同時具有良好的抗振動和抗輻射性能，適用於防護結構。
5)高剛度和阻尼有利於結構的變形控制。
6)易於就地取材:混凝土中使用的大量砂石易於就地取材。近年來，工業廢料被用來制造人工骨料或作為水泥的附加成分來改善混凝土的性能。
混凝土結構的缺點:
(1)自重:不適用於大跨度、高層結構；
(2)抗裂性差:普通鋼筋混凝土結構在正常使用階段經常帶裂縫工作，在環境惡劣(露天、沿海、化學侵蝕)時會影響耐久性；也限制了普通鋼筋混凝土在大跨度結構中的應用，高強度鋼筋無法應用；
(3)承載力有限:在重載結構和高層建築的底部結構中，構件尺寸過大，減少了使用空間；
(4)施工復雜，工序多(支模、鋼筋綁紮、澆築、養護)，工期長，受季節、天氣影響大；
(5)混凝土機構壹旦損壞，很難修復、加固、補強。
鋼鐵材料
19世紀中葉以後，煉鋼技術得到普及，鋼鐵因此得到廣泛使用。第壹艘鋼船於1859年在英國建造。
1873年，橫跨泰晤士河的阿爾伯特吊橋在英國倫敦建成，最大跨度384英尺。
網架結構
它是由大量彼此相同的短鋼管或合金管組成的平面或空間桁架。
它不同於桁架，桁架的桿件也不同於主從。
因為分析它的應力有很多未知數，所以發展較晚，直到20世紀60年代才被廣泛使用。
建築物按結構分類:
1.混合結構
2.單層廠房結構
3.框架結構:25 - 60m。
4.框架-剪力墻結構:50 50 - 130m。
5.剪力墻結構:60-140米
6.簡化結構:70-300米
7.大跨度結構:> 300米
懸索結構
最早的吊橋出現在20世紀70年代的英國。
在外部混凝土圈梁上固定高強度鋼絲，正好發揮了鋼絲抗拉和混凝土抗壓的優勢。
20世紀60年代以後，大跨度的展覽館和運動場不時出現。
發電廠冷卻塔
波音767
溫哥華的充氣結構展覽館
薄膜結構
隨著化學工業的發展，尼龍膜和人造纖維得到了廣泛的應用。充氣結構主義者在懸索結構上發展了它。
安裝、充氣、拆卸、攜帶方便。
可以大跨度完成。
最早出現在20世紀40年代，大量出現在70年代。
抗震結構
世界上許多地區都是地震多發地區，如日本、臺灣省和舊金山。
在地震多發地區建設時，必須考慮結構的抗震性能。
壹般來說，輕質柔性結構有利於抗震。
此外，國家有關部門還制定了建築結構抗震規範。
吊索型材，廣東虎門大橋，香港青馬大橋，斜拉橋拉桿根部減震器，斜拉橋施工。
薄殼結構
彈性薄殼理論是19年底在樂府的基爾霍夫板理論的基礎上發展起來的。
20世紀20年代，德國首次將圓柱殼用於屋頂結構。後來出現了球面、鞍面等曲面的殼結構和折板結構。
薄殼結構在大型冷卻塔中的應用可追溯到大約1913。
薄殼理論成熟於20世紀40年代，之後薄殼被廣泛應用於建築領域。對於船舶來說，航空結構更早。
冰堵橋孔造成橋梁損壞
重建橋梁圖
作用在結構上的載荷:地震載荷圖
全球地震發生分布圖
作用在結構上的荷載
國家有荷載規範，明確規定了風荷載、雪荷載、溫度荷載、地震荷載、恒載、活載。
在實際設計中，應根據某些荷載的不同組合來確定設計。
7.20世紀力學的發展
20世紀力學中幾個重要問題的進展？
1.20世紀前力學發展特點述評。
？力學和數學之間的密切關系
？機械系統中不斷出現新的模型。
？理論力學和應用力學的關系
？實驗在力學中的作用
2.力學中的分叉。
？周期解和非線性振動問題
？分歧問題
？霍普夫分歧問題
？KAM定理與穩定性理論的進壹步發展
？奇怪吸引子和全局分歧問題
？非線性科學
3.流體中的孤立波、分叉和湍流。
？湍流的早期實驗研究
？流體流動的穩定性
？孤立波的研究
？湍流研究的早期理論
？湍流和分叉
4.連續介質力學、結構分析和固體力學的發展。
？連續介質力學的發展
？結構力學的發展
？塑性力學
？強度理論和材料的疲勞強度
？斷裂力學的形成和發展
5.計算力學的形成和發展。
6.力學教育的發展
21世紀力學的發展趨勢
21世紀力學的發展趨勢
1.宏觀和微觀相結合
2.學科的交叉與融合
3.力學與工程技術的結合
4.更加註重高性能計算和先進的實驗技術。
(壹)固體力學的發展趨勢
重要科學問題和前沿領域。
微納技術
多尺度力學和跨尺度關聯與計算
新材料與結構的多場耦合力學
生物材料和仿生材料的生物力學
科學和工程計算及軟件
實驗力學儀器設備、新技術和新表征方法的發展
2.國家需求的方向
固體強度和破壞力學
計算力學軟件
固體力學在國家安全和航天工程中的應用
大型工程結構和工業設備的力學問題
爆炸和沖擊力學
環境和災害力學
(二)流體力學的發展趨勢
1)界面流體力學
2)構型生長原型的粘性指進
3)動靜脈系統中的血液流動
4)剪切流的不穩定性
5)湍流
6)環境對流
7)磁流體動力學
8)流體的凝固
9)地質流體力學
10)海洋動力學
11)全球大氣環流
12)渦旋動力學
13)高速流體力學
14)高超聲速空氣動力學
15)稀薄氣體動力學
16)多相流體力學
17)非牛頓流體力學
18)計算流體動力學
(3)普通力學和基礎(動力學和控制)學科的發展趨勢
主要研究領域:
1)非線性力學
2)多體系統動力學
3)分析力學
研究方向
6)極端條件下主要設備的非線性振動與控制。
7)復雜網絡系統的非線性動力學
8)微/納米尺度系統動力學和控制
9)分析力學的壹些問題(如約束系統的非線性動力學等。)
10)彈性體-剛體耦合系統的動力學與控制
(四)跨學科力學的發展趨勢
1.物理力學
2.生物力學
3.環境力學
4.爆炸力學
5.等離子力學
6.地球動力學
8.摘要
1力學是最早的精確科學；
力學是所有自然科學中最基礎的學科，掌握力學是通往其他學科的門戶；
力學史上形成的方法論對各個學科影響深遠；
力學是現代工程技術的理論基礎；
力學是真善美的統壹。