正文 250 物理学之力学 中

    应用领域

    力学是物理学、天文学和许多工程学的基础，机械、建筑、航天器和船舰等的合理设计都必须以经典力学为基本据。机械运动是物质运动的最基本的形式。机械运动亦即力学运动。

    在力学理论的指导或支持下取得的工程技术成就不胜枚举。最突出的有：以人类登月、建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术；以速度超过5倍声速的军用飞机、起飞重量超过300t、尺寸达大半个足球场的民航机为代表的航空技术；以单机功率达百万千瓦的汽轮机组为代表的机械工业，可以在大风浪下安全作业的单台价值超过10亿美元的海上采油平台；以排水量达5x105t的超大型运输船和航速可达30多节、深潜达几百米的潜艇为代表的船舶工业；可以安全运行的原子能反应堆；在地震多发区建造高层建筑；正在陆上运输中起着越来越重要作用的高速列车，等等，甚至如两弹引爆的核心技术，也都是典型的力学问题。

    总之还有许多的问题。

    历史发展

    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。古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，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。

    伽利略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。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)，提出物体运动三定律。伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。

    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。

    重要著作

    《自然哲学的数学原理》（又译《自然哲学之数学原理》。拉丁文：philosophiae natralis principia mathematica），是英国伟大的科学家艾萨克.牛顿的代表作。成书于1687年。

    简介

    《自然哲学的数学原理》是第一次科学革命的集大成之作。被认为是古往今来最伟大的科学著作，它在物理学、数学、天文学和哲学等领域产生了巨大影响。在写作方式上，牛顿遵循古希腊的公理化模式，从定义、定律（公理）出发，导出命题；对具体的问题（如月球的运动），他把从理论导出的结果和观察结果相比较。全书共分五部分，首先“定义”，这一部分给出了物质的量、时间、空间、向心力等的定义。第二部分是“公理或运动的定律”，包括著名的运动三定律。接下来的内容分为三卷。前两卷的标题一样，都是“论物体的运动”。第一卷研究在无阻力的自由空间中物体的运动，许多命题涉及已知力解定受力物体的运动状态（轨道、速度、运动时间等），以及由物体的运动状态确定所受的力。第二卷研究在阻力给定的情况下物体的运动、流体力学以及波动理论。压卷之作的第三卷是标题是“论宇宙的系统”。由第一卷的结果及天文观测牛顿导出了万有引力定律，并由此研究地球的形状，解释海洋的潮汐，探究月球的运动，确定彗星的轨道。本卷中的“研究哲学的规则”及“总释”对哲学和神学影响很大。

    目录

    序言

    定义

    运动的公理或定律

    第一编 物体的运动

    第1章 初量与终量的比值方法，由此可以证明下述命题

    第2章 向心力的确定

    第3章 物体在偏心的圆锥曲线上的运动

    第4章 由已知焦点求椭圆,抛物线和双曲线的轨道

    第5章 焦点未知时怎样求轨道

    第6章 怎样求已知轨道上的运动

    第7章 物体的直线上升或下降

    第8章 受任意类型向心力作用的物体环绕轨道的确定

    第9章 沿运动轨道的物体运动；回归点运动

    第10章 物体在给定表面上的运动；物体的摆动运动

    第11章 受向心力作用物体的相互吸引运动

    第12章 球体的吸引力

    第13章 非球形物体的吸引force第14章 受指向极大物体各部分向心力推动的极小物体的运动

    第二编 物体(在阻滞介质中)的运动

    第1章 受与速度正比的阻力作用的物体运动

    第2章 受正比于速度平方的阻力作用的物体运动

    第3章 物体受部分正比于速度平方的阻力作用的物体运动

    第4章 物体在阻滞介质中的圆运动

    第5章 流体密度和压力;流体静力学

    第6章 摆体的运动与阻力

    第7章 流体的运动，及其对抛体的阻力

    第8章 通过流体传播的运动

    第9章 流体的圆运动

    第三编 宇宙体系

    哲学中的推理规则

    现象

    命题

    月球交会点的运动

    总释(未完待续。。)