力学简介

力学是研究物质机械运动规律的科学。自然界物质有多种层次，从宇观的宇宙体系，宏观的天体和常规物体，细观的颗粒、纤维、晶体，到微观的分子、原子、基本粒子。通常理解的力学以研究天然的或人工的宏观对象为主。但由于学科的互相渗透，有时也涉及宇观或细观甚至微观各层次中的对象以及有关的规律。力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力下的形变，以及速度远低于光速的运动过程的一门自然科学。力学运动，是物质在时间、空间中的位置变化，包括移动、转动、流动、变形、振动、波动、扩散等。而平衡或静止，则是其中的特殊情况。物质运动的其他形式还有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和化学运动等。力是物质间的一种相互作用，机械运动状态的变化是由这种相互作用引起的。静止和运动状态不变，则意味着各作用力在某种意义上的平衡，因此，力学可以说是力和(机械)运动的科学。力学在汉语中的意思是力的科学。汉语“力”字最初表示的是手臂使劲，后来虽又含有他义，但都同机械或运动没有直接联系。“力学”一词的英语是mechanics(源于希腊语μηχανη──机械)。在英语中，mechanics是一个多义词，既可释作“力学”，也可释作“机械学”、“结构”等。在欧洲其他语种中，此词的语源和语义都与英语相同。汉语中没有同它对等的多义词。mechanics在19世纪50年代作为研究力的作用的学科名词传入中国时，译作“重学”，后来改译作“力学”，一直使用至今。“力学的”和“机械的”在英语中同mechanical，而现代汉语中“机械的”又可理解为“刻板的”。这种不同语种中词义包容范围的差异，有时引起国际学术交流中的周折。例如机械的(mechanical)自然观，其实指用力学解释自然的观点，而英语mechanist是指机械师，不是指力学家。

发展简史

力学

力学（dynamics）知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器等器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。古希腊的阿基米德初步奠定了静力学即平衡理论的基础。古代人还从对日、月运行的观察和弓箭、车轮等的使用中，了解一些简单的运动规律，如匀速的移动和转动。但是对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐渐有了正确的认识。16世纪到17世纪间，力学开始发展为一门独立的、系统的学科。伽利略通过对抛体和落体的研究，在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念，提出惯性定律并用以解释地面上的物体和天体的运动。17世纪末牛顿继承和发展前人的研究成果(特别是开普勒的行星运动三定律)，提出力学运动的三条基本定律，使经典力学形成系统的理论。根据牛顿三定律和万有引力定律成功地解释了地球上的落体运动规律和行星的运动轨道。伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。此后两个世纪中在很多科学家的研究与推广下，终于成为一门具有完善理论的经典力学。此后，力学的研究对象由单个的自由质点，转向受约束的质点和受约束的质点系。这方面的标志是达朗贝尔提出的达朗贝尔原理，和拉格朗日建立的分析力学。其后，欧拉又进一步把牛顿运动定律用于刚体和理想流体的运动方程，这被看作是连续介质力学的开端。运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世，在这方面作出贡献的是纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人。弹性力学和流体力学基本方程的建立，使得力学逐渐脱离物理学而成为独立学科。从牛顿到汉密尔顿的理论体系组成了物理学中的经典力学。在弹性和流体基本方程建立后，所给出的方程一时难于求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法解决。这使得19世纪后半叶，在材料力学、结构力学同弹性力学之间，水力学和水动力学之间一直存在着风格上的显著差别。20世纪初，随着新的数学理论

和方法的出现，力学研究又蓬勃发展起来，创立了许多新的理论，同时也解决了工程技术中大量的关键性问题，如航空工程中的声障问题和航天工程中的热障问题等。这时的先导者是普朗特和卡门，他们在力学研究工作中善于从复杂的现象中洞察事物本质，又能寻找合适的解决问题的数学途径，逐渐形成一套特有的方法。从20世纪60年代起，计算机的应用日益广泛，力学无论在应用上或理论上都有了新的进展。力学在中国的发展经历了一个特殊的过程。与古希腊几乎同时，中国古代对平衡和简单的运动形式就已具备相当水平的力学知识，所不同的是未建立起像阿基米德那样的理论系统。到明末清初，中国科学技术已显著落后于欧洲。

力的合成

物理意义

物体不只受到一个力，而是同时受到几个力。一个物体受到几个力共同作用的时候，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力共同产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力。求两个或两个以上力的合力的过程或方法叫做力的合成。

物理定义

力的合成：求与两个或两个以上力的作用效果等效的力的过程叫做力的合成。

共点力

几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力。

平行四边形定则

两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向,这就叫做平行四边形定则。力的合成的平行四边形定则，只适用于共点力。如果有两个以上的共点力作用在物体上，我们也可以应用平行四边形定则求出它们的合力：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合进去，最后得到的结果就是这些力的合力。根据力的平行四边形则作图，可以看出，力F1和F2的合力F的大小和方向随着F1和F2之间的夹角而变化。当夹角等于0度时，力F1和F2在同一直线上且方向相同，F=/F1/+/F2/(/为绝对值符号)，合力的大小等于两个力的大小之和，合力的方向跟两个力的方向相同。当夹角等于180度时，力F1和F2在同一直线上但方向相反，F=F1-F2，合力的大小等于两个力的大小之差，合力的方向跟两个力中较大的那个力的方向相同。力既有大小，又有方向，力的合成要遵守平行四边形定则。在物理学中，像这样的物理量叫做矢量，力是矢量，我们学过的位移、速度、加速度也是矢量。而长度、质量、时间、温度、能量、路程等物理量，只有大小，没有方向，在物理学中叫做标量。

三角形定则

三角形定则是指两个力（或者其他任何矢量）合成，其合力应当为将一个力的起始点移动到另一个力的终止点，合力为从第二个的起点到第一个的终点。三角形定则实质是平行四边形定则的另一种形式。矢量表示法是用一段线段加上箭头表示一个物理量。线段长短表示矢量数量上的大小，箭头表示它的方向。假如有两个力，大小方向都不同，用矢量三角形求出它们合力的大小，就把第二个力的尾连上第一个力的头，它们的合力就是第一个力的尾指向第二个力的头的这样一个矢量，画出来之后你可以看到三者构成一个三角形，这就是所谓的矢量三角形。

主要理论

1．物体运动三定律。2．达朗贝尔原理3．分析力学理论4.连续介质力学理论5．弹性固体力学基本理论6．粘性流体力学基本理论