Ⅰ 工程力学的学科历史
人类对力学的一些基本原理的认识,一直可以追溯到史前时代。在中国古代及版古希腊的著作中,权已有关于力学的叙述。但在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。
1638年3月伽利略出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》被认为是世界上第一本材料力学著作,但他对于梁内应力分布的研究还是很不成熟的。
纳维于1819年提出了关于梁的强度及挠度的完整解法。1821年5月14日,纳维在巴黎科学院宣读的论文《在一物体的表面及其内部各点均应成立的平衡及运动的一般方程式》 ,这被认为是弹性理论的创始。其后,1870年圣维南又发表了关于塑性理论的论文水力学也是一门古老的学科。
早在中国春秋战国时期(公元前5~前4世纪),墨翟就在《墨经》中叙述过物体所受浮力与其排开的液体体积之间的关系。欧拉提出了理想流体的运动方程式。物体流变学是研究较广义的力学运动的一个新学科。1929年,美国的宾厄姆倡议设立流变学学会,这门学科才受到了普遍的重视。
Ⅱ 力学的发展史谁能帮忙查一下,一两千字左右
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依据。 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,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。 力学的起源
力学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。
Ⅲ 中国古代数学发展经历了什么样的历史进程
数学是中国古代科学中一门重要的学科,它的历史悠久,成就辉煌。根据它本身发展的特点,可以分为五个时期:①中国古代数学的萌芽;②中国古代数学体系的形成;③中国古代数学的发展;④中国古代数学的繁荣;⑤中西方数学的融合。
Ⅳ 中国物理发展史
物理学发展史(一)什么是物理学史?
物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学,它也是研究物理学的知识、理论和方法的发生与发展规律的历史科学.
一、学习物理学史的目的和意义1. 加深对概念和理论的理解,启迪科学新思想的萌发和产生。
随着人类社会的发展,物理学研究的内容和范围也不断扩大和深化。在古代,物理学只是自然哲学的一部分,16世纪以后才从哲学中分离出来。以后又逐步建立了力学、热学、电磁学、光学、相对论、量子力学、粒子物理等分支学科。
2. 物理学史可以使我们认识到“科学是最高意义上的革命力量”,它推动了社会的发展。
物理学史是科学发展史,而科学是人类发展的核心部分。每次物理学上的重大突破,都会对人类社会发展产生重大影响,产生震撼人心的冲击和重大技术革命。特别是近代以来,历次物理学重大进展通过技术革命为中心转化为直接生产力,从而推动了社会经济的发展,并最终引发社会革命,推动人类社会从农业社会到工业社会,从蒸汽时代进入电力时代、电子和原子能时代以至现今的信息时代。
3. 研究和学习物理学史有助于学生了解与概括物理学基础知识发展的全貌及其总体规律,研究与掌握物理思想和研究方法的发展过程,有利于巩固和加深理解已学的物理知识,增强学习的主动性与自觉性,提高学习兴趣.
在物理学的长期发展中创立了许多很成功的、成熟的方法。
物理学研究中建立了许多理想模型、思想过程、理想实验,这些近似抽象方法促成了许多定律的发现。
4. 可以使我们认识到思想观念转变的重要性
物理学中复杂的数学公式和定义等,都不过是基本观念的表达形式和演绎工具,基本观念才是先导的、本质的东西。所以,每当学习一个新理论,必须改变自己的思想观念和思维方法。
5. 物理学史可以培养同学们的爱国主义精神
正确认识中国古代文明,在当时的历史时期和历史条件下,中国和希腊成为东方和西方两个古代文明中心,我们要为我国的古代文明而骄傲。
6.可以培养辩证唯物主义思想,以造就同学们追求真理,献身科学的崇高思想境界
对科学研究要有一个正确认识。
科学的道路是不平坦的,科学家成功之路是艰险的,要准备付出比常人更多的精力和代价,必须有热爱科学、献身科学的精神,要善于继承又勇于创新,才有可能取得成功。
Ⅳ 理论力学的发展简史
力学是最古老的科学之一,它是社会生产和科学实践长期发展的产物。随着古代建筑技术的发展,简单机械的应用,静力学逐渐发展完善。公元前5—前 4世纪,在中国的《墨经》中已有关于水力学的叙述。古希腊的数学家阿基米德(公元前 3世纪)提出了杠杆平衡公式(限于平行力)及重心公式,奠定了静力学基础。荷兰学者S.斯蒂文(16世纪)解决了非平行力情况下的杠杆问题,发现了力的平行四边形法则。他还提出了著名的“黄金定则”,是虚位移原理的萌芽。这一原理的现代提法是瑞士学者约翰·伯努利于1717年提出的。 动力学的科学基础以及整个力学的奠定时期在17世纪。意大利物理学家伽利略创立了惯性定律,首次提出了加速度的概念。他应用了运动的合成原理,与静力学中力的平行四边形法则相对应,并把力学建立在科学实验的基础上。英国物理学家牛顿推广了力的概念,引入质量的概念,总结出机械运动的三定律(1687年),奠定了经典力学的基础。他发现的万有引力定律,是天体力学的基础。以牛顿和德国人G.莱布尼兹所发明的微积分为工具,瑞士数学家L.欧拉系统地研究了质点动力学问题,并奠定了刚体力学的基础。 理论力学发展的重要阶段是建立了解非自由质点系力学问题的较有效方法。虚位移原理表示质点系平衡的普遍条件。法国数学家 J.达朗贝尔提出的、后来以他本人名字命名的原理,与虚位移原理结合起来,可以得出质点系动力学问题的分析解法,产生了分析力学。这一工作是由法国数学家J.拉格朗日于 1788年完成的,他推出的运动方程,称为拉格朗日方程,在某些类型的问题中比牛顿方程更便于应用。后来爱尔兰数学家W.哈密顿于19世纪也推出了类似形式的方程。拉格朗日方程和哈密顿方程在动力学的理论性研究中具有重要价值。 与动力学平行发展,运动学在19世纪也发展了。到19世纪后半叶,运动学已成为理论力学的一个独立部分。 20世纪以来,随着科学技术的发展,逐渐形成了一系列理论力学的新分支;并与其他学科结合,产生了一些边缘学科,如地质力学、生物力学、爆炸力学、物理力学等。力学模型也越来越多样化。在计算工作中,已广泛采用了电子计算机,解决了过去难以解决的一些力学问题 。
Ⅵ 为什么中国古代没有力学
在上一篇文章中,我们曾经提到中国古代没有力学。力学是自然科学中最早精确化的学科,现代自然科学可以说是从力学开始的,而且,直到19世纪末,精确的自然科学可以说主要就是力学。由此从一定的意义上也可以说,中国古代没有精确的自然科学。所以英国哲学家A.N.怀特海说:“从文明的历史和影响的广泛看来,中国的文明是世界上自古以来最伟大的文明。中国人就个人的情况来说,从事研究的秉赋是无可置疑的,然而中国的科学毕竟是微不足道的。如果中国如此任其自生自灭的话,我们没有任何理由认为它能在科学上取得任何成就。”〔1〕
从元明以后,中国的科学技术为什么会长久地落后于西方,这一直是近代中国知识分子讨论的不尽的话题。其实,在元以前,所谓中国科学技术的先进,也是主要指技术的先进。在中国历史上直到现今,从来是把科学与技术不加区分的,笼统地称为科学技术。其实,任何科学不发达的民族,在古代都是有技术的。所以我国学者顾准(1915 1974)说:“中国思想只有道德训条。中国没有逻辑学,没有哲学。有《周髀算经》,然而登不上台盘。犹如中国有许多好工艺却发展不到精密科学一样。”〔2〕
爱因斯坦说过:“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的,那就是:希腊哲学家发明形式逻辑体系(在欧几里德几何学中),以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系(在文艺复兴时期。)”〔3〕怀特海说:“希腊终归是欧洲的母亲。” 一般说来,从世界范围来说,现今自然科学的起源,认为是来自古代希腊的,特别是古希腊的逻辑学。为了弄清楚中国古代为什么没有力学,从而没有精密科学,为此我们要回顾一下古代希腊自然科学的情况。
古希腊的科学,为什么在人类历史上占有最为辉煌的一页,从根本上来说是由于在古希腊存在过数百年贵族的民主制。
古希腊是由许多独立的城邦所组成的。大约从公元前800年到公元前100年,希腊在政治上实行贵族民主政治制度。城邦的军事首领是国王,但国王的权力被加强的长老会削弱或制约。间或有些野心家(僭主)征服了其它城邦,建立了僭主制政治(Despotism)。所以古希腊实际上是民主制和僭主制交替出现的政治。即使出现了僭主政治,僭主的权力也无法和后来欧洲的君主以及中国的皇帝相比的。因为,第一,僭主的称号就是一个带有贬义的词,表明他的权力是不合法得到而是窃取的,第二,这种权力不可能自然地由他的子孙继承,第三,大都不能长久而被贵族的寡头政治或民主政治代替。
由于古希腊实行的是以贵族的民主制为基础的政治,所以在决策和决定事情时,主要靠辩论来说服参与决策人以获得多数。长达700年的民主政治氛围中,产生了许多辩论家。由于辩论的普及,就发展了进行辩论所必须遵从的规律以及怎样在辩论中取胜的学问,这就是逻辑学。亚里斯多德的著作《工具论》是古希腊逻辑学的大成。由于逻辑学的发展,古希腊产生了推理的数学。世界上的文明古国都有自己的数学传统,有埃及的古数学,有印度的古数学,有中国的古数学,然而产生推理数学的唯一的地方只在古希腊。而欧几里德的《几何原本》是古希腊推理的巨著。阿基米德关于力学的著作则是古希腊推理数学和力学相结合从而产生现代精密科学萌芽的典范。17世纪欧洲产生的以力学为开端的现代自然科学正是继承和发扬了以阿基米德为代表的古希腊科学传统的结果。古希腊被罗马灭亡后幸亏有阿拉伯人翻译和保存了古希腊的科学文献,才使后来欧洲文艺复兴中重新发挥作用。
古代中国为什么没有力学,从而也就没有精密自然科学呢?从根本上来说,是因为中国长达数千年的封建集权统治。
中国不仅集权制延续了很长的历史,而且愈到后来有愈益强化的趋势。如果说在商周时代,大事的决定靠占卜、大臣的意见、皇帝的意志三种结论,以多数来决定。皇帝尽管是最高统治者,但是还是要受一些制约。
春秋战国时代,中国曾经有过一个许多小国割据的局面,不过武力兼并的结果,建立了秦的一统集权天下。紧接着是秦始皇的焚书坑儒和汉武帝的罢黜百家独尊儒术,皇帝可以独断专行,封建集权延续了数千年之久。
在封建的集权统治下,一切言行是依“三纲”(即君为臣纲,父为子纲,夫为妻纲)为标准,即使你的“纲”说得毫无道理也得绝对服从,没有丝毫辩驳的余地。何况还有“三年不改父制谓之孝”等一系列死人统治活人的教条。
如果说,欧洲的文艺复兴运动是对古希腊民主和科学的复兴。从开始的文学上歌颂人文主义蔑视神权,到14、15世纪,欧洲的神权和君主专制摇摇欲坠。从而迎来了17世纪的科学繁荣。与此相对照的是,在同一个时期中国正好是明朝,封建的集权制在朱元璋取得政权后被空前野蛮地强化了。1380年,朱元璋以谋反罪杀丞相胡惟庸,株连达一万五千人,并借机取消了宰相,大权由皇帝独揽。文字狱,是几千年封建统治者对知识分子迫害的一种方式。从朱元璋开始,延续至朱元璋之后的数百年,文字狱被发展到最为残酷的地步。朱元璋加强了特务政治,组织了锦衣衞,直属皇帝指挥,专管监视和处置大臣,对大臣首开“廷杖”进行侮辱处罚。作为奴隶社会的特征,我国的人殉制在秦汉以后便逐渐消失了,而朱元璋却恢复了野蛮的人殉制,1397年(洪武三十年)朱元璋死,殉葬的嫔妃达46人。
集权制的第一个恶果,使中国不可能产生精密科学所需要的逻辑学从而也就没有推理的数学。
在春秋战国,中国也出现过一个阶段的文化繁荣时期,那时舌辨之风也很盛行。相应于这种短暂的辩论风气,也出现了像《墨经》中叙述的逻辑学的萌芽。《墨经》中的逻辑学同《工具论》中的逻辑学是无法同日而语的。后者已经十分完备,以致于1787年德国哲学家康德在他的《纯粹理性批判》的序言中说,从亚里斯多德以来,“逻辑学没有能前进一步,因此看起来,逻辑似乎是完成并且结束了。”在集权制之下,一切重要决策都是由皇帝说了算,“朕即真理”没有辩驳和争论的余地,也没有“公理”、“定义”、“推论”等的必要。
逻辑学对于精密科学的重要重要性,可以从严复在介绍逻辑学时说“是学为一切法之法,一切学之学”中看出。〔4〕美国汉学家费正清认为中国科学未能发展同中国没有订出一个更完善的逻辑学有关。在没有逻辑学的条件下,中国的数学始终只停留在计算上,所以中国自古把数学称为算学。中国的数学缺少推理和论证的部分。而推理和论证正是精密科学所必不可少的。以牛顿用万有引力去解释行星运动来说,他必须用到加速度和圆锥曲线的概念。在西方,早在古希腊,公元前200年就有了阿波罗尼(Apollonius,前262? 前190)的《圆锥曲线论》重要著作,其中包含了有关圆锥曲线的400多个命题,详尽地探讨了圆锥曲线的各种性质。而中国的传统数学是没有圆锥曲线的。直到清末圆锥曲线的概念才由西方传教士带进来。
第二,封建的集权制不可能造就现代科技发展的外部需求条件,即没有也不可能形成市场经济。由于没有市场的需求,中国的许多发明创造不能受到全社会的注意,相当多的发明只是为了满足皇权和宫廷的需要。如,和力学有关的发明被中香炉、水运仪象台、记里鼓车等都先后失传,我国四大发明之一的火药,长期被用在焰火和爆竹上,而没有用在为了扩展市场所需要的武器上。另外还由于皇权的需要,把某些研究领域列为禁区,不许一般人涉猎。如天文学,在秦汉以后,历朝历代都不许民间研究,天文著作被列为禁书,不许民间刻印和私藏,我国古代的许多天文著作也便失传了。所以英国学者李约瑟说:“无论谁想要解释中国社会未能发展出近代科学的原因,那他就最好是从解释中国社会为何未能发展商业的以及后来的工业资本主义入手。”[5]
在集权制之下,有时,皇帝也主张“休养生息”、“民殷国富”的政策,注意发展生产。一些学者认为,生产发展了便会自然地进入资本主义,形成市场经济。顾准说得好:“我们有些奢谈什么也可以从内部自然生长出资本主义来,忘掉资本主义并不纯粹是一种经济现象,它也是一种法权体系。法权体系是一种上层建筑,并不是只有经济基础才决定上层建筑,上层建筑也能使什么样的经济结构生长出来或生长不出来。”〔6〕
事实上,到了清朝末年,在中国也产生了一些大商人,但由于强大与狡猾的封建集权统治,这些商人只能作为皇权的附庸,而不能影响当局的政策,更不能动摇皇权的统治。这些商人也只能依靠贿赂的手段,从封建集权那里换得一点点可怜的经营权利。李约瑟说:“资本主义这种社会制度是中国人民从来不习惯的,不需要的,而且愈来愈不愿意接受的。”其实与其说是人民不习惯的,毋宁说是当权者或者说集权的体制所不容纳,所以直到近几年才允许公开在文字上提出市场经济,至于要达到发育的市场经济,那还需要一段长时期的努力。
第三,在集权统治下,从理论认识上形成鄙视科学技术的传统。
由于强大的集权统治,中国的知识分子,自古就分为两大类。一类是依附于统治者,走向上爬“学而优则士”的路。另一种是远离统治者,走逍遥出世的隐士道路。这两种道路的知识分子,各自形成自己的理论系统。
孔、孟为代表的儒家学说,是为走前一条路的理论基础。所谓“修身、齐家、治国、平天下”、“ 己欲达则先达人”、“忠、恕”、“仁、义”等一系列说教都是为这条道路服务的。
儒家的经典著作《尚书》上,在批判商朝的皇帝纣时说他“作奇技淫巧,以悦妇人”。孔颖达注解说:“奇技谓奇异技能,淫巧谓过度工巧,二者大同。但技据人身、巧指器物为异耳。”这里“以悦妇人”泛指宫廷游乐。中国传统上视科学技术为“奇技淫巧”就是从这里来的。实际上,在集权统治下,是有一批人想靠进献发明以图皇帝嘉许达到作官的目的的。古代有许多发明,在没有市场经济的需求下,只能作为宫廷游乐之用。例如与力学有关的发明被中香炉、孔明灯、轮船、爆竹、火箭、焰火、风筝、竹蜻蜓、编钟等都是这样的。上述儒家著作的观点,认为靠这种发明以求晋升的路子是一条不足取的道路,不是仕途的正道。
以老、庄为代表的道家学说是为隐士道路服务的。主张“清心寡欲”、“无为而治”。
他们主张“无为”到什么程度呢,在《庄子·外编·天地》中有一段:“子贡南游于楚,反于晋,过汉阴见一丈方将为圃畦,凿隧而入井,抱瓮而出灌,滑滑然用力甚多而见功寡。子贡曰:“有械于此,一日浸百畦,用力甚寡而见功多,夫子不欲乎?”为圃者仰而视之曰:“奈何?”曰:“凿木为机,后重前轻,掣水若抽;数如泆汤,其名为槔。”为圃者忿然作色而笑曰:“吾闻之吾师,有机械者必有机事,有机事者必有机心。机心存于胸中,则纯白不备;纯白不备,则神生不定;神生不定者道之所以不载也。吾非不知,羞而不为也。”子贡瞒然惭,俯而不对。”
这段话深刻反映了道家对于技术革新的无为态度。为了要保持“道”的“纯白”,连任何先进的工具都羞于使用。更不用说去勤奋地进行科学技术研究了。
在周朝的著作《易经》中有一句话:“备物致用,立成器以为天下利,莫大乎圣人。”孔颖达注解说:“备天下之物招致天下之用,建立成就天下之器,以为天下之利,惟圣人能然。”中国从古就有很强的“学以致用”的传统,大概就是从这里开始的。在这种认识指导下,人类活动唯一的目的是为了“应用”,认识与发现自然规律的活动是没有任何地位的。也就是说,你要是作一件什么事,他就要问“有什么用”。如果你回答不出有什么用,就被认为是“无的放矢”,这被认为是反对科学研究的最有力的武器。何况这里的“应用”经常被解释为爵位的晋升、财源的开发等等。
总之,在集权统治之下的知识分子,不论是在朝的还是在野的都不屑于科学技术。鄙薄科学技术是他们共同的认识。即使是重视技术的人,也不过是重视器物的应用,而认知科学是没有地位的。这就是集权制之下轻视科学技术的认识上的根源。
第四,在集权统治之下,形成了一套完整的教育体系,这就是科举制度。中国的科举制度始于隋朝,完善于唐。迄今已经有一千多年的历史。
科举制度把读书研究学问同当官紧紧地绑在一起。它与其说是一种教育,倒不如说是一种为了训练皇帝统治下民的奴才而服务的。科举制度要求人们从小读四书五经,钻研当官术,学习写作对皇帝歌功颂德的文章。到了集权制被空前强化的明代,这种文章发展定型为八股文。八股文造成中国颂古非今、褒上贬下、空洞无物的文风。在科举制的形成的初期,唐代的科考内容中,也曾经列入过算学,后来就再也没有实施过考试涉及科学技术的内容。这些都严重地影响科学技术的传播与发展。
在明末,意大利人利玛窦与徐光启和译了西方数学名著《几何原本》。徐光启深感这种知识在中国普及的必要,他在序言中说:“此书为用极广,在此时尤所急需”它“能令学理者祛其浮气、练其精心;学事者资其定法,发其巧思,故举世无一人不当学。”他预言说:“窃意百年之后,必人人习之。”可惜他的这些话二百多年,在集权制度下的科举制度系统中,没能实现,一直到清末李善兰在同文馆中成立了算学馆,才规定《几何原本》为必读书。至于将几何学、包含牛顿力学的物理学作为普及教育的内容,那是推翻清朝以后的事。
所以近代中国的许多改革的思想家都提出革除科举改革教育的主张。严复批判科举制度“八股取士,使天下消磨岁月于无用之地,堕坏志节于冥昧之中,长人虚骄,昏人神智,上不足以辅国家,下不足以资事畜,破坏人才,国随贫弱。”〔7〕梁启超则指斥“八股和一切学问不相容,而科学为尤甚。”并呼吁“变法之本在育人才,人才之兴在开学校,学校之力在变科举。”〔8〕
第五,在中国封建集权制之下,皇帝因为拥有无上的权威而妄自尊大。哪怕是一个笨蛋,一旦登上金銮殿坐到皇帝宝座上,便变成什么都懂、什么都行的全才。他的话便是“金口玉言”,人们就得俯首贴耳。这就培养皇帝以一种愚昧的优越感自居,把自己称作天子,把自己统治的国家称为天朝上邦,把别的国家和民族一概贬斥为蛮夷。这一点,在明末利玛窦一来到中国便有明显的感觉。他评论说:“因为不知道地球的大小而又夜郎自大,所以中国人认为所有各国中只有中国值得称羡。就国家的伟大、政治制度和学术的名气而论,他们不仅把别的民族都看成是野蛮人,而且看成是没有理性的动物。在他们看来,世界上没有其他地方的国王、朝代或者文明是值得夸耀的;这种无知使他们越骄傲,一旦真相大白,他们就越自卑。”后来的历史发展证明利玛窦的评论是很得当的。
中国原来没有力学,但是如果能够虚心向外国学习,还是能够很快学会的。然而,这种夜郎自大、闭关锁国的狂妄和对于外来的学术一概排斥的态度,导致了数百年来我国的力学一直落后。迄今为止这种影响也很难说已经得到了廓清,“文化大革命”中不是要批判热力学、相对论吗,不是在批判“崇洋媚外”的旗号下煽起了盲目排外情绪吗,目前不是还有人说“21世纪将是中国的世纪”吗?。
通过以上的讨论,我们可以作结论:中国的没有力学,从而没有精密科学,是和中国的集权统治紧密相连的。就是说,愚昧是和专制相连的。所以在辛亥革命之后,以陈独秀为首的革命知识分子,喊出了“民主与科学”的口号。科学是和民主共生的,没有民主就不可能有现代科学。现在我们重温这些历史事实,还是有现实意义的。
Ⅶ 中国古代的力学知识
在中国古代有丰富的力学知识。
简单机械
杠杆、滑轮和斜面,物理学上称作简单机械。
原始社会时期的工具:1.石铲;2.骨耜,3.石镰;4.石锄;5.石斧。
杠杆的使用或许可以追溯到原始人时期。当原始人拾起一根棍棒和野兽搏斗,或用它撬动一块巨石,他们实际上就是在使用杠杆。石器时代人们所用的石刃、石斧,都用天然绳索把它们和木柄捆束在一起;或者在石器上凿孔,装上木柄(如图左)。这表明他们在实践中懂得了杠杆的经验法则:延长力臂可以增大力量。
杠杆在中国的典型发展是秤的发明和它的广泛应用。在一根杠杆上安装吊绳作为支点,一端挂上重物,另一端挂上砝码或秤锤,就可以称量物体的重量。古代人称它“权衡”或“衡器”。“权”就是砝码或秤锤,“衡”是指秤杆。迄今为止,考古发掘的最早的秤是在长沙附近左家公山上战国时期楚墓中的天平。它是公元前四到三世纪的制品,是个等臂秤。不等臂秤可能早在春秋时期就已经使用了。古代中国人还发明了有两个支点的秤,俗称铢秤。使用这种秤,变动支点而不需要换秤杆就可以称量比较重的物体。这是中国人在衡器上的重大发明之一,也表明中国人在实践中完全掌握了阿基米德杠杆原理。
《墨经》一书最早记述了秤的杠杆原理。《墨经》是战国时期以鲁国人墨翟(约前468—前376)为首的墨家著作。墨翟和他的弟子们以刻苦耐劳、参加生产、勇敢善战著称。因此,他们的著作中留下了许多自然科学知识。
《墨经》把秤的支点到重物一端的距离称作“本”(今天通常称“重臂”),把支点到权一端的距离称作“标”(今天称“力臂”)。《墨经·经下》中说:第一,当重物和权相等而衡器平衡时,如果加重物在衡器的一端,重物端必定下垂,第二,如果因为加上重物而衡器平衡,那是本短标长的缘故:第三,如果在本短标长的衡器两端加上重量相等的物体,那么标端必下垂。(“衡,加重于其一旁,必垂。权、重相若也相衡,则本短标长,两加焉,重相若,则标必下。”)墨家在这里把杠杆平衡的各种情形都讨论了。他们既考虑了“本”和“标”相等的平衡,也考虑了“本”和“标”不相等的平衡;既注意到杠杆两端的力,也注意到力和作用点之间的距离大小。虽然他们没有给我们留下定量的数字关系,但这些文字记述肯定是墨家亲身实验的结果,它比阿基米德发现杠杆原理要早约二百年。
桔槔也是杠杆的一种。它是古代的取水工具。作为取水工具,一般用它改变力的方向。为其他目的使用时,也可以改变力的大小,只要把桔槔的长臂端当作人施加力的一端就行。春秋战国时期,桔槔已成为农田灌溉的普通工具。
滑轮,古代人称它“滑车”。应用一个定滑轮,可改变力的方向;应用一组适当配合的滑轮,可以省力。至少从战国时期开始,滑轮在作战器械、井中。提水等生产劳动中被广泛应用。传说公元前四世纪,巧匠公输般为季康子葬母下棺,创制了转动机关(见《礼记正义》卷十),可能就是指的滑轮。汉代画像砖和陶井模型都有滑轮装置。
滑轮的另一种形式是辘轳。把一根短圆木固定于井旁木架上,圆木上缠绕绳索,索的一端固定在圆木上,另一端悬吊水桶,转动圆木就可提水。只要绳子缠绕得当,绳索两端都可悬吊木桶,一桶提水上升,另一桶往下降落,这就可以使辘轳总是在作功。辘轳大概起源于商末周初(公元前十一世纪)。据宋代曾公亮(998—1073)著《武经总要前集》卷十一《水攻·济水府》,周武王时有人以辘轳架索桥穿越沟堑的记载。唐代刘禹锡(772—842)描写了他亲自所见的一种叫“机汲”的提水机械,它是把辘轳和架空索道联合并用,以便把山下流水一桶桶地提上山顶,既浇出地又省力(《刘梦得文集》卷二十七《机汲记》)。
最早讨论滑轮力学的还是《墨经》。《墨经·经下》把向上提举重物的力称作“挈”(qí),把自由往下降落称作“收”,把整个滑轮机械称作“绳制”。《墨经》中说:以“绳制”举重,“挈”的力和“收”的力方向相反,但同时作用在一个共同点上。提挚重物要用力,“收”不费力。若用“绳制”提举重物,人们就可省力而轻松。(“挈与收反。”“挈,有力也;引,无力也。不必所挚之止于施也,绳制之也。”)又说:在“绳制”一边,绳比较长,物比较重,物体就越来越往下降:在另一边,绳比较短,物比较轻,物体就越来越被提举向上。(“挈,长重者下,短轻者上。”)又说:如果绳子垂直,绳两端的重物相等,“绳制”就平衡不动。(“绳下直,权重相若则正矣。”)如果这时“绳制”不平衡,那么所提举的物体一定是在斜面上,而不是自由悬吊在空中。我们对于墨家的丰富的力学知识就不能不赞佩!
尖劈能以小力发大力。早在原始社会时期,人们所打磨的各种石器,如石斧、石刀、骨针、镞等等,都不自觉地利用了尖劈的原理。墨家在讨论滑轮的功用说到它省力时,就把它比喻作“锥刺”。汉代王充说:“针锥所穿,无不畅达:使针锥未方,穿物无一分之深矣。”(《论衡·状留篇》)墨家和王充等人清楚地知道尖劈原理的经验法则。
在日常生活中常应用的尖劈之一是楔子,木楔或金属楔。人们常用它加固各种器具。唐代李肇讲过这样的故事:
在苏州建造重元寺时,工匠疏忽,一柱未垫而使寺阁略有倾斜。若是请木工再把寺阁扶正,费工费事又费钱。寺主为此十分烦恼。一天,一外地僧人对寺主说:不需费大劳力,请一木匠为我作几十个木楔,可以使寺阁正直。寺主听他的话,一面请木工砍木楔,一面摆洒盛宴外地僧人。饭毕,僧人怀揣楔子,手持斧头,攀梯上阁顶。只见他东一楔西一楔,几根柱子楔完之后,就告别而去。十几天后,寺阁果然正直了。(李肇:《唐国史补》卷中)
小小几个尖劈,作用却这样巨大!
斜面的力学原理和尖劈相同。人们在推车行平地和上坡时发现用力不同。成书于春秋战国之际的《考工记·辀(zhōu)人》中说:“登阤者,倍任者也。”这就是说,推车上坡,要加倍费力气。用双手举重物到一定高度和用斜面把同样的重物升到同一高度,自然后者容易得多。《荀子·宥坐》中说:“三尺之岸而虚车不能登也,百切之山任负车登焉。何则?陵迟故也。”人们不能把空车举上三尺高的垂直堤岸,却能把满载的车推上百切高山。这是为什么?因为高山的路面坡度斜缓(“陵迟”)。这正是斜面物理动用的最好总结。
重心和平衡
要使物体平稳地置于桌面上,就要考虑它的重心和平衡的问题。从物理学观点看,通过物体的重心和桌面垂直的线(或面)要维持在这一物体的支持面里:否则,这一物体就很容易倒下。在日常生活中涉及重心和平衡的例子随手可拾。商代的酒器斝(jiǎ)有三足,它的重心总是落在三足点形成的等边三角形里。西汉中山靖王刘胜墓出上的朱雀铜灯,体现了工匠关于重心的巧妙构思。东汉铜奔马,三足腾空,一足落地。但是它的重心刚好落在支撑足上,因此,即使支撑面很小,看来好像容易倾倒,其实是稳定平衡的。在杂技表演中走绳的演员手握长杠或持雨具;单臂撑的演员,他的两腿总要弯过自己的头顶。这些道具或造形,不仅在于美和险的结合,让人惊心动魄,更重要的是演员必需采取的安全措施:保持自己的重心和平衡。
孔子作欹器注水实验。(采自《孔子家语图》)。
大概在西周时期,聪明的工匠制造了一件盛水的“欹器”。“欹”(qī)的意思是倾斜。它可以随盛水的多少而发生倾斜变化。不装水时,它成倾斜状态:装上一半水时,就中正直立;装满水时,它就自动翻倒,把所盛水倒出。《荀子·宥坐》把它描写作“虚则欹,中则正,满财覆。”所以会出现这种现象,是由于敬器的重心随盛水的多少而发生变化的缘故。有一天,孔子(前551—前479)在鲁庙中见到这种欹器,立即让他的弟子们注水实验。然后,他感慨地说:“吁!恶有满而不覆者哉!”意思是告诫弟子,要谦虚,切戒自满。汉代以后。不断地有人制造各种欹器,充分体现中国人掌握了有关的力学知识。
隋唐时期,或许由于饮酒之风盛行,人们制作了一种劝人喝酒的玩具,经匠心雕刻的木头人,称作“酒胡子”。把它置于瓷盘中,“臲(niè)
Ⅷ 中国古代对力学的认识源于什么
力学知识源于对自然现象的观察和劳动。我国古代劳动人民在长期的生产实践中,积累了丰富的力学知识,取得了丰硕成果。
古代力学所取得的成就是多方面的。不仅掌握了基本的力学法则,对物体的动静状态及重心和平衡有着深刻的认识,还在简单机械运用方面涌现了许多关于斜面、杠杆、滑轮的发明创造,又在固体物理学方面发现了弹性定律和研究了晶体。
这些科技成果,拓宽了物理学研究领域,有力地推动了社会和科学技术的进步。
Ⅸ 中国古代哲学经历了哪六个历史发展时期
中国古代哲学经历了先秦、两汉、魏晋南北朝、隋朝、宋元和明清至鸦片战争前回期这六个历史发答展时期。
1、先秦是中国古代历史哲学的建立时期,提出了中国古代哲学的基本范畴和命题。
《易经》是春秋时期系统反映中国历史哲学的奠基之作,它首次系统描述了人类历史的起源和发展,明确提出了圣人创化论。春秋战国之际的百家争鸣将中国历史哲学发展推向高峰。先秦儒家创始人孔子创造性提出“仁”的范畴和“仁者爱人”的命题等。
2、两汉魏晋到隋朝是中国封建社会由发展走向鼎盛时期,中国古代哲学得到展开和深化,特别是对天人关系、历史之“势”等做出了多方面的深入探讨。
西汉董仲舒建立的取法于天的天本史观,魏晋“玄学”等都为古代哲学发展做出贡献,唐代是中国封建社会发展的顶峰,历史唯物论得到重要发展。
3、宋元明清是中国封建社会发展的转型时期,出现了融儒释道为一体的宋明理学,将中国哲学推向新阶段,对古代哲学做出新开拓。
4、鸦片战争时期,龚自珍和魏源面对封建统治的内忧外患处境,吸取了金文经学的三世说和变易史观,岁社会历史问题做出深入系统的考察,揭开中国近代历史哲学的序幕。
Ⅹ 我想较为详细地了解力学的发展历史。比如,理论力学,材料力学,结构力学,等等。请推荐相关的书或文献
力学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。
开普勒
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。