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工 程 力 学 第1章 绪论 1.1 什么是工程力学 1.2 力学发展的简要回顾 1.3 工程力学的研究方法 1.4 工程力学的基本研究主线 1.1 什么是工程力学 力学是研究力与运动的科学。大到宇宙，小到基本粒子，力与运动无所不在。 力学的地位 力学横跨自然科学与工程技术。 力的作用与物质的运动是自然界和人类活动最基本的现象，它所阐明的规律带有普遍的性质，这奠定了力学在科学体系中的基础（科学）地位。 力学以工程和自然界的真实介质和系统为研究对象，绝大多数科学技术和工程领域不断提出大量新的力学问题急需解决，力学植根于国民经济和国防建设的各个门类。这又奠定了力学的工程技术地位。 工程力学是力学学科的一个分支 工程力学是研究实际工程中的力学问题，并将力学原理应用于工程技术领域的科学。 工程力学课程的主要内容 静力学 材料力学 什么是静力学？ 静力学又称刚体静力学，主要是研究刚性物体在平衡状态时的受力问题。 刚性物体是假定物体不变形的一种理想化状态。 平衡状态是一种特殊的运动状态。 什么是材料力学？ 材料力学以变形固体为研究对象，主要研究变形固体的受力、变形、破坏的一门科学。 如何确保施工中的桥梁面板正确对接？ 桥梁面板如何受力？ 桥梁面板如何变形？ 如何确保桥梁安全服役？（长期服役不破坏是最基本的要求） 这就需要研究拉索、桥梁面板的受力、变形和破坏时的安全余量。 1.2 力学发展的简要回顾 力学是人类科学历史上起源最早的学科之一，来源于人类早期的生产实践。 有关力学最早的文字叙述 墨翟(di)（公元前468～382）在他所著的《墨经》里，已对力和运动，下了适当的定义： “力，形之所以奋也。” 书中论述了杠杆的平衡问题。指出，杠杆的平衡不但取决于加在两端的重量，还与“本”（重臂）、“标”（力臂）的长短有关，进而得出“长、重者下，短、轻者上”的结论。 阿基米德（公元前 287～212） 古希腊伟大的数学家、力学家。生于西西里岛的叙拉古，卒于同地。他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。在他的两本著作里，《论平面图形的平衡》、《论浮体》用了明确而普遍的方式. 建立了杠杆平衡学说(Relationships for the equilibrium of levers ) ， 奠定了几何静力学(Statics for geometry)、 重心静力学(Statics for barycenter)。 法国科学家法利农（1654一1722）提出了力矩moment定理； 潘索（1777～1859）提出了力偶couple of moment的概念及有关的理论， 使得静力学的理论得到了进一步的发展。 自然科学随同文艺复兴以及社会的巨大变革开始发展起来。力学通过漫长的停滞后在动力学方面得到了迅速发展。 哥白尼(1473～1543) 伟大的波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人 他的《天体运行论》的太阳中心学说 ，在科学界引起了宇宙观的大革命； 开普勒（1571～1630）根据哥白尼的学说以及其他天文学家的观测资料，得出了行星运动三大定律，成为牛顿万有引力(universal gravitation)的基础。 伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文《论重力》，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式，因此声名大振。与此同时，他对亚里士多德的许多观点提出质疑。 在1589～1591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生V.维维亚尼的记载，落体实验是在比萨斜塔上公开进行的，但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜塔上进行的。因此近年来对此存在争议。 伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。 利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿