力学的发展历程（浓缩简史）

lalalala

力学可以简单表述为研究力与运动之间关系的科学，既是基础科学又是应用科学。力学的发展源于自然，贯穿于人类的整个生命史。

一、力学的三个发展阶段

可以以“两个事件”划分为“三个阶段”

1.1 经典力学理论体系的建立
  时间：公元前400-500年——1687年
  内容：静力学、运动学、动力学
  人物：亚里斯多德、阿基米德、伽利略、开普勒、牛顿……
  特征：天文预测、资料积累、简单实验、力学、数学、天文学、物理学、哲学集一体。

1.2 经典力学理论体系的完善
  时间：1648年——19世纪末
  特征：以比较理想的模型,如质点、质点系、刚体、理想弹性体、理想流体等为对象,建立起了相当完善的普适的理论体系,并开始了与工程技术问题的结合。

1.3 现代力学理论体系
  时间：20世纪初——
  特征：以自然界和工程技术中可能遇到的复杂介质或系统为对象，建立各种力学模型，并且在解决问题过程中形成了更多的力学分支。

二、力学的发展历程

2.1 古代的力学（公元6世纪以前）
  ◆静力学的发端：力的概念、杠杆平衡、重心、浮力、强度和刚度。
  ◆有关运动的观念：对机械运动的描述只限于匀速直线和匀速圆周运动。
  ◆生产技术和力学：嵌入车轮辐条的轮毂尺寸的选择，调整磬、钟等乐器的音律等；都江堰工程；地动仪；指南车、记里鼓车；……

2.2 中世纪的力学（6-16世纪）
  ◆阿拉伯：继承并发展了关于静力学中平衡规律和运动学方面的知识；地球绕太阳运动的思想，提出行星轨道可能是椭圆而不是圆。
  ◆欧洲：受到神学的束缚，科学进展很慢。提出物体系统形状变化时重力是变化的；有了瞬时速度与平均速度的概念；斜抛体和自由落体的运动；摩擦对物体运动的影响；铁丝的拉伸强度试验；利用虚速度列出平衡条件
  ◆中国：科学技术总的说来居于世界领先地位，但仍然未能作逻辑分析推理，特别是未能作数学分析。
     赵州桥（安济桥）；山西应县木塔；利用反推力的带火药的箭（火箭的雏形）；梁截面广(高)与厚(宽)之比以3:2为好；频率为1:2的琴弦共振,以及“虚能纳声”即固体弹性波（声波）的空腔效应等。

2.3 经典力学的建立（17-18世纪）
  ◆动力学：伽利略的惯性原理和加速度实验；惠更斯提出向心力、离心力、转动惯量、复摆的摆动中心等重要概念；开普勒总结出行星运动的三定律；牛顿提出了物体运动定律和万有引力定律；达朗伯和拉格朗日创立分析力学；欧拉建立了刚体的动力学方程，对弹性稳定性作了开创性的研究，并开辟了流体力学的理论分析，奠定了理想流体力学的基础。是继牛顿以后对力学贡献最多的学者。
  ◆静力学与运动学：斯蒂文论证力的平行四边形法则，得到虚位移原理的初步形式；罗贝瓦尔证明了一般情况下的平行四边形法则；伐里农提出力矩的概念和计算方法，并用以研究刚体平衡问题；潘索提出力偶的概念，建立了力系的简化和平衡的系统理论；伽利略提出加速度以后，惠更斯考虑点在曲线运动中的加速度；刚体运动学的研究成果则属于欧拉、潘索；帕普斯提出平面图形的位移可分解为平移和转动，夏莱给出刚体一般运动可分解为平移和转动；科里奥利指出旋转参考系中存在附加加速度。
  ◆固体和流体的物性：胡克发现弹性体的力和变形之间存在着正比关系；帕斯卡指出不可压缩静止流体各向压力（压强）相同；牛顿指出流体阻力与速度差成正比；梅森测量了声音的速度；玻意耳和马略特各自独立地建立气体压力和容积关系的定律。马略特作了梁的弯曲试验，并发现变形与外力的正比关系。丹尼尔第一·伯努利和欧拉在弹性梁弯曲问题中假定弯矩和曲率成正比，丹尼尔第一·伯努利还在流体力学中导出能量关系式，第一次采用水动力学一词。
  ◆应用力学：许多学者的研究工作是和工匠一起进行的。惠更斯和一些钟表匠一起制造钟表；玻意耳和工匠帕潘一起研制水压机；帕伦不仅研究梁的弯曲问题，也研究水轮机的效率问题。许多有工程实用意义的方法产生了，如兰哈尔的半圆拱的计算方法，静力学中伐里农的索多边形方法。

2.4 力学主要分支的建立（19世纪）  
  ◆结构力学和弹性力学：杨提出弹性模量的概念；纳维建立了各向同性弹性固体方程，其中只有一个弹性常量；柯西建立了各向同性弹性材料平衡和运动的基本方程，其中有两个弹性常量；瑞利指出的弹性波理论，不仅有纵向波和横向波的存在，还有表面波的存在；圣维南指出局部的平衡力系对大范围内的弹性效应是可以忽略的；……
  ◆水力学和水动力学：这一时期内有关流体方面的力学发展情况类似于固体方面，在实践的推动下水力学发展出不少经验公式或者半经验公式；另一方面在数学理论上最主要的进展是粘性流体运动基本方程，即纳维－斯托克斯方程的建立。
    ……
  ◆分析力学：分析力学方面的主要成就是由拉格朗日力学发展为以积分形式变分原理为基础的哈密顿力学。从牛顿、拉格朗日到哈密顿的力学理论构成物理学中的经典力学部分。
  ◆其它：以牛顿运动定律和万有引力定律为基础的天体力学的研究；力学中运动稳定性理论、摄动理论的发展；……

2.5 近代力学（1900-1960）  
  狭义相对论、广义相对论以及量子力学的相继建立，冲击了经典物理学。前两个世纪中以力学模型来解释一切物理现象的观点不得不退出历史舞台。经典力学的适用范围被明确为宏观物体的远低于光速的机械运动，力学进一步从物理学分离出来成为独立的学科。
      1957年人造地球卫星发射成功，标志着航天事业的开端。力学解决了飞机、航天器等各种飞行器的空气动力学性能问题；
      1945年第一次核爆炸成功，标志着核技术时代的开始。力学解决了对猛烈炸药爆轰的精密控制，材料在高压下的冲击绝热性能，强爆炸波的传播，反应堆的热应力等问题。
  ◆固体力学：弹性动力学迅速发展，弹性波传播问题；应力集中问题，轻质蒙皮结构的强度、颤振、疲劳和稳定性问题；非线性弹性稳定性理论；板壳理论；变分原理；有限元法；塑性力学的建立……
  ◆流体力学：主要在空气动力学方面。
  ◆一般力学：以离散系统为主要研究对象的力学被笼统地称为一般力学。一般力学中最重要的发展是非线性振动理论。……

2.6 现代力学（1960-）  
  ◆计算机的冲击：电子计算机自1946年问世以后，计算速度、存储容量和运算能力不断提高，过去力学工作中大量复杂、困难而使人不敢问津的问题，因此有了解决的门路。计算机改变了力学的面貌，也改变了力学家的思想方法。
     有限差分方法；有限元方法；计算流体力学；离散力学；非线性动力学……
  ◆渗透和综合：向外渗透——磁流体力学；恒星动力学；生物力学；岩石力学……。内部综合——在统一处理材料本构关系的同时，理性力学学派综合讨论了各种介质应共同遵守的通有原理和共有的现象和方法如波动、稳定性、变分方法等……
  ◆宏观和微观相结合：……

2.7 20-21世纪的力学  
   20世纪以来，力学的发展可以认为是沿着以下三个主要方向进行的。
  ◆深入认识物质结构不同层次中物质的运动形式及各种相互作用，发现新的力学现象及基本规律；
  ◆力学基本定律和各种具体物性的结合，发展了许多特殊的力学分支学科；
  ◆力学与其他各自然科学的相互渗透，发展了许多交叉学科和新兴学科。

  有如下几个特点：   
  ◆也是最大的特点，研究对象、范畴、理论和方法不断向物质结构的无限大和无限小方向的不同层次扩展；
  ◆向有机界直至生命现象领域扩展；
  ◆同其他自然科学特别是物理学日益联系密切；
  ◆同工程技术及生产实际的紧密结合；
  ◆拥有现代实验手段和计算手段。
   ……

参考文献
1.《中国力学学科史》中国科学技术协会主编, 北京, 中国科学技术出版社2012.4
2. 苗同臣：《力学与工程概论》课程，2015-2020
3.《力学史》、《近代力学在中国的传播与发展》等
4. 龙驭球等.力学筑梦中国.工程力学.2018,35（1）
5. 郑哲敏等.21世纪初的力学发展趋势,力学学报,1995
6. 力学类微信公众号
7. 其它网络资源