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[其他相关] “力学”与科学技术进步

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发表于 2021-1-20 15:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

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为便于理解,文中某些名词概念的描述不一定完全精确的符合“力学”的专业定义。
在谈论“力学”与“科学技术进步”的关系之前,熟悉一下人类发展与力的关系。

一、四种自然力
科学家发现,我们宇宙的所有现象,都可以简化成电磁力、强核力、弱核力和重力四种作用力,这四种力的作用强度(由强到弱)依次为:

(1)强核力 (Strongnuclear Force):是夸克之间的吸引力,由胶子传递(束缚质子和中子于原子核中的是其附加效果由π介子传递)。在有效距离内,距离越大,力越大。
(2)电磁力(Electromagnetic Force):包括电力、磁力和光本身,合称为电磁力。电荷(磁级)正负相同为排斥力,相反为吸引力。由光子传递,与电量成正比,距离成反比。
(3)弱核力(Weaknuclear Force):弱核力左右了部分放射性物质的衰变形态,是造成β衰变一类的衰变的力。由希格斯粒子(W+、W-、Z0)传递,较弱,短程力,作用在夸克级的粒子。
(4)重力(或称引力)(Gravitational Force):由引力子传递,与质量成正比,距离成反比。


历史地看:每当人类控制一项自然力,都能大幅提升人类所能掌握的能量,让整个社会改头换面。


可以想象,一旦人类将所有的作用力整合成一个超作用力,会发生什么?关于这一点,物理学家Paul Davies写到:“我们能够改变时空的结构,了解宇宙万物的来龙去脉,让物质变得井然有序。控制超作用力后,我们便能任意地组合与改变粒子,制造出前所未有的物质形态。我们甚至能左右空间的维度数,制造出具有不可思议属性的人工世界。我们将成为宇宙的主宰。”
    ……

二、功率单位——马力
后面叙述中会用到“马力”的概念。

“马力”是工程技术上常用的一种计量功率的常用单位,1马力等于在1秒内75千克力移动1米所做的功,也等于0.735千瓦。

功率单位“马力”的由来:200多年前,工程师根据英国人詹姆斯·瓦特的设计,制造出了世界上第一批改良后的蒸汽机。一个啤酒厂订购了一台,啤酒厂主想确定一下蒸汽机的生产效率是否能够抵得上一匹马,于是,他从自己的马群中选了一匹最强壮的马,让它不住脚地连续干了8个小时。经过折算得出:一匹马每秒能够把75千克的水提高1米,即1马力=75千克力・米/秒。以后人们就把它作为动力机械的功率单位,一直沿用到了今天。

三、人类掌握“力”的历史
人类诞生的历史超过数千万年,在99.99%时间里,人类能够掌握的能量只是双手和肌肉的力量,大概只有八分之一(0.125)马力;


十万年前,随着手持工具的发明,人类的能量输出倍增,达到一又四分之一(1.25)马力;


牛顿发现万有引力和运动定律,让力学被简化成条理分明的方程组。现代机械原理催生出蒸汽机,人类掌握的能量达到数十到数百马力;


麦克斯韦尔方程式,启迪了爱迪生等发明家,人类进入电力时代,能量级数获得飞跃,极大地改变了人们的生活。


爱因斯坦的相对论,为人类打开了核能利用的时代,人类掌握的能量提升到足够摧毁自己所居住的行星的程度。
……

参考文献与资料
1.苗同臣:《力学与工程概论》课程,2015-2020
2.《谈镐生文集》,北京:科学出版社,2006
3.武际可:力学史,重庆:重庆出版社,2000
4.钱令希、钱伟长、郑哲敏、林同骥、朱照宣:《中国大百科全书·力学》,中国大百科全书出版社,1985
5.国家自然科学基金委员会:《力学学科发展研究报告》北京:科学出版社,2007
6. “十二五”力学学科发展规划暨2011~2020年我国科学发展战略研究会议,2009年9月16日
7. 力学类微信公众号
8. 其它网络资源

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