物理学历史知识
古人还从对日月运行的观察和对弓箭、车轮的使用中,了解到一些简单的运动规律,如匀速运动、自转等。但是,力与运动的关系是在欧洲文艺复兴之后才逐渐被认识的。
伽利略在实验研究和理论分析的基础上,首先阐述了自由落体定律,提出了加速度的概念。牛顿继承和发展了前人的研究成果(特别是开普勒的行星运动三定律),提出了物体运动三定律。伽利略和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作为一门科学的开始。
从此,力学的研究对象从单一的自由质点,变成了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。后来,欧拉进一步将牛顿运动定律应用于刚体和理想流体的运动方程,被视为连续介质力学的开端。
运动定律和物理性质定律的结合,使弹性固体力学的基础理论和粘性流体力学的基础理论成为世界上的孪生兄弟。纳维德、柯西、泊松、斯托克斯等人都在这方面做出了贡献。弹性力学和流体力学基本方程的建立,使力学逐渐脱离物理学,成为一门独立的学科。
从牛顿到汉密尔顿的理论体系构成了物理学中的经典力学。弹性和流体基本方程建立后,给定的方程一时难以求解,工程技术中的许多应用力学问题必须用经验或半经验的方法来解决。这就使得19世纪下半叶,材料力学、结构力学和弹性力学、水力学和流体力学的风格一直是显著不同的。
20世纪初,随着新的数学理论和方法的出现,力学研究蓬勃发展,许多新的理论被创立,也解决了一大批工程技术中的关键问题,如航空工程中的音障、航天工程中的热障等。
此时的开创者是普朗特和卡门,他们在力学研究中善于从复杂的现象中理解事物的本质,并且能够找到合适的数学方法来解决问题,逐渐形成了一套独特的方法。自20世纪60年代以来,计算机得到了广泛的应用,力学在应用和理论上都取得了新的进展。
中国力学的发展经历了一个特殊的过程。几乎与古希腊同时,中国已经拥有了相当水平的关于平衡和简单运动形式的力学知识,但不同的是,它没有像阿基米德那样建立理论体系。
在文艺复兴之前的1000年里,欧洲的科技进步缓慢,而中国的科技综合成就突出,有些在当时处于世界领先地位。这些成果反映了丰富的力学知识,但没有形成系统的力学理论。到明末清初,中国在科学技术上明显落后于欧洲。