『壹』 力學的發展史誰能幫忙查一下,一兩千字左右
力學又稱經典力學,是研究通常尺寸的物體在受力下的形變,以及速度遠低於光速的運動過程的一門自然科學。力學是物理學、天文學和許多工程學的基礎,機械、建築、航天器和船艦等的合理設計都必須以經典力學為基本依據。 機械運動是物質運動的最基本的形式。機械運動亦即力學運動,是物質在時間、空間中的位置變化,包括移動、轉動、流動、變形、振動、波動、擴散等。而平衡或靜止,則是其中的特殊情況。物質運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其內部的運動和化學運動等。 力是物質間的一種相互作用,機械運動狀態的變化是由這種相互作用引起的。靜止和運動狀態不變,則意味著各作用力在某種意義上的平衡。因此,力學可以說是力和(機械)運動的科學。 力學的起源
力學知識最早起源於對自然現象的觀察和在生產勞動中的經驗。人們在建築、灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、汲水等器具,逐漸積累起對平衡物體受力情況的認識。古希臘的阿基米德對杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統研究,確定它們的基本規律,初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。 古代人還從對日、月運行的觀察和弓箭、車輪等的使用中,了解一些簡單的運動規律,如勻速的移動和轉動。但是對力和運動之間的關系,只是在歐洲文藝復興時期以後才逐漸有了正確的認識。 伽利略在實驗研究和理論分析的基礎上,最早闡明自由落體運動的規律,提出加速度的概念。牛頓繼承和發展前人的研究成果(特別是開普勒的行星運動三定律),提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。牛頓運動定律的建立標志著力學開始成為一門科學。 此後,力學的研究對象由單個的自由質點,轉向受約束的質點和受約束的質點系。這方面的標志是達朗貝爾提出的達朗貝爾原理,和拉格朗日建立的分析力學。其後,歐拉又進一步把牛頓運動定律用於剛體和理想流體的運動方程,這看作是連續介質力學的開端。
『貳』 誰可以告訴我.經典力學的發展歷程
力學發展可分為三階段:
第一階段代表人物牛頓代表著作《自然哲學的數學原理》:S
作為力學學科的開創人物——牛頓,他的最大貢獻是:找到了制約自然界物質機械運動的相當普遍酌規律,同時也發明了研究這種規律的數學方法——微積分,也就是今天發展成為「分析」的數學學科.但牛頓的模式把影響物體運動的原因統統歸結為力.而實際上,大量的運動是受約束的運動.原則上說,約束對運動的作用雖確可以歸結為力,但這些力就激未知的運動一樣,是有待決定。牛頓模式對研究受約束系統的力學是不方便的.pm>M
第二階段代表人物拉格朗日代表著作《分析力學》d\J&MY
一定的程度上克服了牛頓力學的上述困難,得到了力學系統在完全一般性廣義坐標描述下具有不變形式的動力學方程組,並突出了能量函數隨意義.系統實際上概括了比牛頓力學耍廣泛得多的系統,同時它也提供了對力學系統的動力學,穩定性,振動過程作一般性研究的可能.另一重要發展是研究非完整系統.特別是非線性非完整系統的研究,導致了對分析動力學一系列基本按念,諸如虛位移,龐速度,db交換性,變分原理等作深入的探討.6
第三階段代表人物哈密頓y+}
哈密頓對光學和力學之間深刻聯系的思想促進了他對經典動力學作出創造性的研究.他的成就概要為兩點:第一,力學的原理不僅可以按牛頓的方式來敘述,也可以按某種作用量(數學上是共種泛函)的逗留值(有時是極小值)方式來敘述.第二,力學的狀態描述和動力學方程可以找到一種優美的正則形式以及等價的「波動形式」,這些形式有著極好的數學性質.
『叄』 滲流力學的發展簡史
法國工程師達西在1856年公布了水通過均勻砂層滲流的線性定律,滲流理論即從此開始發展。
經典滲流力學階段 初期,主要由於永的凈化,地下水開發、水利和水力工程的需要,滲流力學開始成長,從20世紀20年代起,又在石油,天然氣開發工業中得到應用。在這個階段,滲流力學考慮的因素比較簡單:均質的孔隙介質,單相的牛頓流體、等溫的滲流過程,而不考慮流體運動中的復雜的物理過程和化學反應。這種簡單條件下的滲流問題的數學模型是拉普拉斯方程,傅里葉熱傳導方程和二階非線性拋物型方程。這個階段的研究方法主要是數學物理方法和比較簡單的模擬方法。
現代滲流力學階段 從20世紀30年代起,由於低於飽和壓力開發油田、天然水力驅動、人工注水開發油田以及農田水利等工程技術的需要,逐步發展多相滲流理論,開始了滲流力學的新階段。60年代以後,滲流力學發展迅速。由於研究內容和考慮因素方面的發展,滲流理論不斷深化,大體沿著五個方向進行:①考慮鄉孔介質的性質和特點,發展非均質介質滲流、多重介質(裂縫—孔隙—孔洞)滲流和變形介質滲流;②考慮流體的多相性,繼續發展多相滲流;③考慮流體的流變性影響,發展非牛頓流體滲流;④考慮滲流的復雜物理過程和化學反應,發展物理—化學滲流;⑤考慮滲流過程的溫度條件發展非等溫滲流。此外,還開始出現一些新動向,例如,研究流體在孔隙內運動的細節,發展微觀滲流;滲流力學與生物學交叉滲透,發展生物滲流。
由於滲流力學的應用范圈日益廣泛,除地下滲流力學外,還研究工程裝置和工程材料中的滲流力學問題,逐步形成工程滲流力學。
『肆』 靜力學的發展簡史
靜力學一詞是法國數學、力學家皮埃爾·伐里農於1725年引入的。從現存的古代建築,可以推測當時的建築者已使用了某些由經驗得來的力學知識,並且為了舉高和搬運重物,已經能運用一些簡單機械(例如杠桿、滑輪和斜面等)。
靜力學是從公元前三世紀開始發展,到公元16世紀伽利略奠定動力學基礎為止。這期間經歷了西歐奴隸社會後期,封建時期和文藝復興初期。因農業、建築業的要求,以及同貿易發展有關的精密衡量的需要,推動了力學的發展。人們在使用簡單的工具和機械的基礎上,逐漸總結出力學的概念和公理。例如,從滑輪和杠桿得出力矩的概念;從斜面得出力的平行四邊形法則等。
阿基米德是使靜力學成為一門真正科學的奠基者。在他的關於平面圖形的平衡和重心的著作中,創立了杠桿理論,並且奠定了靜力學的主要原理。阿基米德得出的杠桿平衡條件是:若杠桿兩臂的長度同其上的物體的重量成反比,則此二物體必處於平衡狀態。阿基米德是第一個使用嚴密推理來求出平行四邊形、三角形和梯形物體的重心位置的人,他還應用近似法,求出了拋物線段的重心。
著名的義大利藝術家、物理學家和工程師達·芬奇是文藝復興時期首先跳出中世紀煩瑣科學人們中的一個,他認為實驗和運用數學解決力學問題有巨大意義。他應用力矩法解釋了滑輪的工作原理;應用虛位移原理的概念來分析起重機構中的滑輪和杠桿系統;在他的一份草稿中,他還分析了鉛垂力奇力的分解;研究了物體的斜面運動和滑動摩擦阻力,首先得出了滑動摩擦阻力同物體的摩擦接觸面的大小無關的結論。
對物體在斜面上的力學問題的研究,最有功績的是斯蒂文,他得出並論證了力的平行四邊形法則。靜力學一直到伐里農提出了著名的伐里農定理後才完備起來。他和潘索多邊形原理是圖解靜力學的基礎。
圖解靜力學(Graphic statics),靜力學中用作圖方式求解問題的一種方法。所得結果的精確度雖不如數解法,但能迅速得出一目瞭然的答案,故在一般工程結構的設計中也常採用。用此法進行設計,便於隨時調整原始數據和迅速找出計算過程中的錯誤,並可用以比較幾種設計方案的長處和短處。
分析靜力學是義大利數學家、力學家J.L.拉格朗日提出來的,他在大型著作《分析力學》中,根據虛位移原理,用嚴格的分析方法敘述了整個力學理論。虛位移原理早在1717年已由伯努利指出,而應用這個原理解決力學問題的方法的進一步發展和對它的數學研究卻是拉格朗日的功績。
我國古代科學家對靜力學有著重大的貢獻。春秋戰國時期偉大的哲學家墨翟(公元前5世紀至4世紀)在他的代表作《墨經》中,對杠桿、輪軸和斜面作了分析,並明確指出「衡……長重者下,短輕者上」,提出了杠桿的平衡原理。
『伍』 量子力學的發展史
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『陸』 固體力學的發展簡史
固體力學的發展過程可分為三個時期: 實踐經驗的積累和17世紀物理學的成就,為固體力學理論的發展准備了條件。在18世紀,製造大型機器、建造大型橋梁和大型廠房這些社會需要,成為固休力學發展的推動力。固體力學理論的發展一般經歷四個階段:①基本概念形成的階段;②解決特殊問題的階段;③建立一般理論、原理、方法、數學方程的階段;④探討復雜問題的階段。這四個階段的發展次序不是絕對的,有時互相交叉,彼此有密切的聯系。在這一時期,固體力學基本上是沿著研究彈性規律和研究塑性規律這樣兩條平行的道路發展的。而彈性規律的研究開始較早。
彈性固體的力學理論是在實踐的基礎上於17世紀發展起來的。英國的R.胡克於1678年提出:物體的變形與所受外載荷成正比,後稱為胡克定律。瑞士的雅各布第一·伯努利在17世紀末提出關於彈性桿的撓度曲線的概念。而丹尼爾第一·伯努利於18世紀中期首先導出稜柱桿側向振動的微分方程。瑞士的L.歐拉於1744年建立了受壓柱體失穩臨界值的公式,又於1757年建立了柱體受壓的微分方程,從面晟為第一個研究穩定性問題的學者。法國的C.-A.de庫侖在1773年提出了材料強度理論,他還在1784年研究了扭轉問題並提出剪切的概念。這些研究成果為深入研究彈性固體的力學理論奠定了基礎。法國的C.-L.-M.-H.納維於1820年研究了薄板彎曲問題並於次年發表了彈性力學的基本方程。法國的A.-L.柯西於1822年給出應力和應變的嚴格定義並於次年導出矩形六面體微元的平衡微分方程。柯西提出的應力和應變對後來數學彈性理論乃至整個固體力學的發展產生了深遠的影響。法國的S.-D.泊松於1829年得出了受橫向載荷平板的撓度方程。法國的A.J.C.B.de聖維南於1855年用半逆解法解出了柱體扭轉和彎曲問題,並提出了有名的聖維南原理。隨後,德國的F.E.諾伊曼建立了三維彈性理論,並建立了研究圓軸縱向振動的較完善的方法。德國的G.R.基爾霍夫提出梁的平截面假設和板殼的直法線假設,他還建立了板殼的准確邊界條件並導出了平板彎曲方程。英國的J.C.麥克斯韋在19世紀50年代完備地發展了光測彈性的應力分析技術後,又於1864年對只有兩個力的簡單情況提出了功的互等定理;隨後,義大利的E.貝蒂於1872年對該定理加以普遍證明。義大利的A.卡斯蒂利亞諾於1873年提出了卡氏第一和卡氏第二定理。德國的F.恩蓋塞於1884年提出了余能(見應變能)的概念。德國的L.普朗特於1903年提出了解扭轉問題的薄膜比擬法。S.P.鐵木辛柯在20世紀初用能量原理解決了許多桿、板、殼的穩定性問題。匈牙利的T.von卡門首先建立了彈性平板非線性的基本微分方程,為以後研究非線性問題開辟了道路。蘇聯的H.※.穆斯赫利什維利於1933年發表了彈性力學復變函數方法。美國的L.H.唐奈於同一年研究了圓柱形殼在扭力作用下的穩定性問題,並在後來建立了唐奈方程。W.弗呂格於1932年和1934年發表了圓柱形薄殼的穩定性和彎曲的研究成果。蘇聯的B.3.符拉索夫在1940年前後建立了薄壁桿、折板系、扁殼等二維結構的一般理論。在飛行器、艦艇、原子反應堆和大型建築等結構的高精度要求下,有很多學者參加了力學研究工作,並解決了大量復雜問題。此外,彈性固體的力學理論還不斷滲透到其他領域,如用於紡織纖維、人體骨骼、心臟、血管等方面的研究。
1773年庫侖提出土的屈服條件,這是人類定量研究塑性問題的開端。1864年H.特雷斯卡在對金屬材料研究的基礎上,提出了最大剪應力屈服條件,它和後來德國的R.von米澤斯於1913年提出的最大形變比能屈服條件是塑性理論中兩個最重要的屈服條件。19世紀60年代末、70年代初,聖維南提出塑性理論的基本假設,並建立了它的基本方程。他還解決了一些簡單的塑性變形問題。在塑性理論的發展過程中先後出現了五種理論:①繼聖難南之後,經M.萊維、米澤斯、普朗特、A.羅伊斯、W.普拉格、D.C.德魯克、A.A.伊柳辛等學者近90年的努力建立的一整套塑性增量理論;②德國的H.亨奇於1923年建立的滑移線理論(見滑移線法);③由亨奇於1924年提出,後由伊柳辛發展的塑性全量理論;④米澤斯於1928年開創的塑性位勢理論;⑤30年代發展起來的塑性極限分析理論(見結構塑性極限分析)。 指的是第二次世界大戰以後的時期,這個時期固體力學的發展有兩個特徵:一是有限元法和電子計算機在固體力學中得到廣泛應用;二是近二三十年出現了兩個新的分支——斷裂力學和復合材料力學。電子計算機是1946年問世的。M.J.特納等人於1956年提出有限元法的概念後,有限元法發展很快,在固體力學中大量應用,解決了很多復雜的問題。
結構物體總是存在裂紋,這促使人們去探討裂紋尖端的應力和應變場以及裂紋的擴展規律。早在20年代,A.A.格里菲思首先提出了玻璃的實際強度取決於裂紋的擴展應力這一重要觀點。G.R.歐文於1957年提出的應力強度因子及其臨界值概念,用以判別裂紋的擴展,從此誕生了斷裂力學。隨後,P.C.帕里斯為此作了很多研究工作。H.利伯維茨和J.埃夫蒂斯基於能量分析提出了非線性范圍的斷裂韌度的概念。一些學者在此基礎上發展了斷裂力學的理論和方法。重要成果有:1961年A.A.韋爾斯和F.M.伯德金等人提出了裂紋頂端張開位移方法(即COD法);1963年F.厄爾多根和美籍華人薛昌明提出混合型裂紋擴展的最大拉應力理論;1968年J.R.賴斯研究塑性區內裂紋前緣的應力場和應變場而提出J積分;1973年薛昌明又提出了應變能密度理論。
纖維增強復合材料力學發端於50年代。復合材料力學研究有宏觀、細觀和微觀三個方向。固體力學各分支在各向同性材料研究中所形成的基本概念和力學理論一般仍能應用於復合材料,只是增加了一些新的力學內容,如要考慮非均勻性、各向異性、層間剝離等。在宏觀研究方面,美籍華人蔡為侖和R.希爾在50年代建立了各向異性復合材料的破壞准則;以後,又出現了蔡-吳張量破壞准則;近十餘年來在纖維增強復合材料的板殼力學方面出現了大量的研究成果,解決了大量的實際問題。在細觀研究方面,B.W.羅森、J.C.哈爾平、蔡為侖等作出了貢獻。化學工作者從微觀方面來考慮材料的力學性能,他們提出的化學鍵理論就是研究如何增加層間剪切強度和濕強度。復合材料力學是年輕學科,但發展迅速,它解決了大量傳統材料難於勝任的結構問題 。
『柒』 經典力學的歷史
古希臘的哲學家,包括亞里士多德在內,可能是最早提出「萬有之本,必涵其因」論點,以及用抽象的哲理嘗試敲解大自然奧秘的思想家。當然,對於現代讀者而言,許多仍舊存留下來的思想是蠻有道理的,但並沒有無懈可擊的數學理論與對照實驗來闡明和證實。而這些方法乃現代科學,如經典力學,能形成的最基本因素。
開普勒是第一位要求用因果關系來詮釋星體運動的科學家。他從第谷·布拉赫對火星的天文觀測資料里發現了火星公轉的軌道是橢圓形的。這與中世紀思維的切割大約發生在西元1600年。差不多於同時,伽利略用抽象的數學定律來解釋質點運動。傳說他曾經做過一個著名的實驗:從比薩斜塔扔下兩個不同質量的球來試驗它們是否同時落地。雖然這傳說很可能不實,但他確實做過斜面上滾球的數量實驗;他的加速運動論顯然是由這些結果推導出的,而且成為了經典力學上的基石。
牛頓和大多數那個年代的同仁,除了惠更斯著名的例外,都認為經典力學應可以詮釋所有大自然顯示的現象,包括用其分支,幾何光學,來解釋光波。甚至於當他發現了牛頓環(一個光波干涉現象),牛頓仍然使用自己的光微粒學說來解釋。
十九世紀後期,尖端的理論與實驗挖掘出許多撲朔迷離的難題。經典力學與熱力學的連結導至出經典統計力學的吉布斯佯謬(熵混合不連續特性)。在原子物理的領域,原子輻射呈現線狀光譜,而不是連續光譜。眾位大師盡心竭力研究這些難題,引導發展出現代的量子力學。同樣的,因為經典電磁學和經典力學在坐標變換時的互相矛盾,終就創發出驚世的相對論。
自二十世紀末後,不再能虎山獨行的經典力學,已與經典電磁學被牢牢的嵌入相對論和量子力學裡面,成為在非相對論性和非量子力學性的極限,研究質點的學問。
『捌』 計算力學的發展史
近代力學的基本理論和基本方程在19世紀末20世紀初已基本完備了,後來的力學家大多致力於尋求各種具體問題的解。但由於許多力學問題相當復雜,很難獲得解析解,用數值方法求解也遇到計算工作量過於龐大的困難。通常只能通過各種假設把問題簡化到可以處理的程度,以得到某種近似的解答,或是藉助於實驗手段來謀求問題的解決。
第二次世界大戰後不久,第一台電子計算機在美國出現,並在以後的20年裡得到了迅速的發展。20世紀60年代出現了大型通用數字電子計算機,這種強大的計算工具的出現使復雜的數字運算不再成為障礙,為計算力學的形成奠定了物質基礎。
與此同時,適用於計算機的各種數值方法,如矩陣運算、線性代數、數學規劃等也得到相應的發展;橢圓型、拋物型和雙曲型微分方程的差分格式和穩定性理論研究也相繼取得進展。1960年,美國克拉夫首先提出了有限元法,為把連續體力學問題化作離散的力學模型開拓了寬廣的途徑。有限元法的物理實質是:把一個連續體近似地用有限個在節點處相連接的單元組成的組合體來代替,從而把連續體的分析轉化為單元分析加上對這些單元組合的分析問題。
有限元法和計算機的結合,產生了巨大的威力,應用范圍很快從簡單的桿、板結構推廣到復雜的空間組合結構,使過去不可能進行的一些大型復雜結構的靜力分析變成了常規的計算,固體力學中的動力問題和各種非線性問題也有了各種相應的解決途徑。
另一種有效的計算方法——有限差分方法也差不多同時在流體力學領域內得到新的發展,有代表性的工作是美國哈洛等人提出的一套計算方法,尤其是其中的質點網格法(即PIC方法)。這些方法往往來源於對實際問題所作的物理觀察與考慮,然後再採用計算機作數值模擬,而不講究數學上的嚴格論證。1963年哈洛和弗羅姆成功地用電子計算機解決了流體力學中有名的難題——卡門渦街的數值模擬。
無論是有限元法還是有限差分方法,它們的離散化概念都具有非常直觀的意義,很容易被工程師們接受,而且在數學上又都有便於計算機處理的計算格式。計算力學就是在高速計算機產生的基礎上,隨著這些新的概念和方法的出現而形成的。計算力學也為實際工程項目開辟了優化設計的前景。過去,工程師們雖有追求最優化設計的願望,但是力不從心;現在,由於有了強有力的結構分析方法和工具,便有條件研究改進設計的科學方法,逐步形成計算力學的一個重要分支——結構優化設計。計算力學在應用中也提出了不少理論問題,如穩定性分析、誤差估計、收斂性等,吸引許多數學家去研究,從而推動了數值分析理論的發展。
『玖』 我想較為詳細地了解力學的發展歷史。比如,理論力學,材料力學,結構力學,等等。請推薦相關的書或文獻
力學知識最早起源於對自然現象的觀察和在生產勞動中的經驗。人們在建築、灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、汲水等器具,逐漸積累起對平衡物體受力情況的認識。古希臘的阿基米德對杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統研究,確定它們的基本規律,初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。
古代人還從對日、月運行的觀察和弓箭、車輪等的使用中,了解一些簡單的運動規律,如勻速的移動和轉動。但是對力和運動之間的關系,只是在歐洲文藝復興時期以後才逐漸有了正確的認識。
伽利略在實驗研究和理論分析的基礎上,最早闡明自由落體運動的規律,提出加速度的概念。牛頓繼承和發展前人的研究成果(特別是開普勒的行星運動三定律),提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。牛頓運動定律的建立標志著力學開始成為一門科學。
此後,力學的研究對象由單個的自由質點,轉向受約束的質點和受約束的質點系。這方面的標志是達朗貝爾提出的達朗貝爾原理,和拉格朗日建立的分析力學。其後,歐拉又進一步把牛頓運動定律用於剛體和理想流體的運動方程,這看作是連續介質力學的開端。
運動定律和物性定律這兩者的結合,促使彈性固體力學基本理論和粘性流體力學基本理論孿生於世,在這方面作出貢獻的是納維、柯西、泊松、斯托克斯等人。彈性力學和流體力學基本方程的建立,使得力學逐漸脫離物理學而成為獨立學科。
從牛頓到漢密爾頓的理論體系組成了物理學中的經典力學。在彈性和流體基本方程建立後,所給出的方程一時難於求解,工程技術中許多應用力學問題還須依靠經驗或半經驗的方法解決。這使得19世紀後半葉,在材料力學、結構力學同彈性力學之間,水力學和水動力學之間一直存在著風格上的顯著差別。
開普勒
20世紀初,隨著新的數學理論和方法的出現,力學研究又蓬勃發展起來,創立了許多新的理論,同時也解決了工程技術中大量的關鍵性問題,如航空工程中的聲障問題和航天工程中的熱障問題等。
這時的先導者是普朗特和卡門,他們在力學研究工作中善於從復雜的現象中洞察事物本質,又能尋找合適的解決問題的數學途徑,逐漸形成一套特有的方法。從20世紀60年代起,計算機的應用日益廣泛,力學無論在應用上或理論上都有了新的進展。
力學在中國的發展經歷了一個特殊的過程。與古希臘幾乎同時,中國古代對平衡和簡單的運動形式就已具備相當水平的力學知識,所不同的是未建立起像阿基米德那樣的理論系統。到明末清初,中國科學技術已顯著落後於歐洲。
『拾』 工程力學的學科歷史
人類對力學的一些基本原理的認識,一直可以追溯到史前時代。在中國古代及版古希臘的著作中,權已有關於力學的敘述。但在中世紀以前的建築物是靠經驗建造的。
1638年3月伽利略出版的著作《關於兩門新科學的談話和數學證明》被認為是世界上第一本材料力學著作,但他對於梁內應力分布的研究還是很不成熟的。
納維於1819年提出了關於梁的強度及撓度的完整解法。1821年5月14日,納維在巴黎科學院宣讀的論文《在一物體的表面及其內部各點均應成立的平衡及運動的一般方程式》 ,這被認為是彈性理論的創始。其後,1870年聖維南又發表了關於塑性理論的論文水力學也是一門古老的學科。
早在中國春秋戰國時期(公元前5~前4世紀),墨翟就在《墨經》中敘述過物體所受浮力與其排開的液體體積之間的關系。歐拉提出了理想流體的運動方程式。物體流變學是研究較廣義的力學運動的一個新學科。1929年,美國的賓厄姆倡議設立流變學學會,這門學科才受到了普遍的重視。