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力学的“前世今生”

力学是最原始的物理学分支之一，而最原始的力学则是静力学。

静力学源于人类文明初期生产劳动中所使用的简单机械，如杠杆、滑

轮、斜面等。古希腊人从大量的经验中了解到一些与静力学相关的基

本概念和原理，如杠杆原理和阿基米德定律。但直至十六世纪后，资

本主义的工业进步才真正开始为西方世界的自然科学研究创造物质条

件。

力学知识最早起源于对自然现象的观看和在生产劳动中的体会。

人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐步积累起

对平稳物体受力情形的认识。古希腊的阿基米德对杠杆平稳、物体重

心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的共性规

律，初步奠定了静力学即平稳理论的基础。古代人还从对日、月运行

的观看和弓箭、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。然而对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期

以后才逐步有了正确的认识。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（主要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。此后力学的进展在于它所考虑的对象，

由单个的自由质点转向受约束的质点和受约束的质点系，这个方面的

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。欧

拉又进一步把牛顿运动定律推广用于刚体和理想流体的运动方程。欧

拉建立理想流体的力学方程可看作是连续介质力学的肇端。在此过程

中，有关固体的弹性、流体的粘性、气体的可压缩性等的物质属性方

程差不多相继建立。运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固

体力学理论和粘性流体力学理论孪生于世，在这方面作出奉献的是纳

维、柯西、泊松、斯托克斯等人。弹性力学和流体力学方程的建立，

使得力学逐步脱离物理学而成为独立学科。

另一方面，从拉格朗日分析力学基础上发展起来的哈密顿体系，

持续在物理学中起作用。从牛顿到哈密顿的理论体系组成了物理学中

的经典力学或牛顿力学。在弹性和流体方程建立后，所给出的方程一

时难以求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠体会或半体会的

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。到20世纪

初，在流体力学和固体力学中，实际应用同数学理论的上述两个方面

开始结合，此后力学便蓬勃发展起来，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。这种理论和实际紧密结合的力学的先导者是普

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悉事物本

质，又能查找合适的解决问题的数学途径，逐步形成一套特有的方法。

从60年代起，电子计算机应用日益广泛，力学不管在应用上或理论上

都有了新的进展。力学继承它过去同航空和航天工程技术结合的传统，

在同其他各种工程技术以及同自然科学的其他学科的结合中，开拓了

自己新的应用领域。

力学在中国的发展经历了一个特别的过程。与古希腊几乎同时，

中国古代对平稳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。在文艺复兴前的约一

千年时间内，整个欧洲的科学技术进展缓慢，而中国科学技术的综合

性成果堪称卓著，其中有些在当时世界居于领先地位。这些成果反映

出丰富的力学知识，但终未形成系统的力学理论。到明末清初，中国

科学技术已显著落后于欧洲。通过曲折的过程，到19世纪中叶，牛顿

力学才由欧洲传入中国。以后，中国力学的进展便随同世界潮流前进。

那么接下来，针对力学发展的四个主要阶段，再进行一些详细的

讨论。

古代力学的发展

古代最早的物理学体系是亚里士多德系，物理学这门学科的名称

就是由亚里士多德创立的。在亚里士多德的《物理学》中，主要讨论

运动（及产生和消灭）、空间和时间以及事物变化的原因等物理世界

的根本原理，应该说，亚里士多德是比较系统和深入研究运动及时间、

空间的第一人。

关于运动，亚里士多德认为，物体永远在运动变化，“运动是永

恒的，不能在一个时候曾经存在，在另一个时候不存在”，这种运动

永恒的观点具有唯物主义思想，包含辩证法的因素，至今仍是积极而

有价值的。

对物理学的发展来说，亚里士多德初步提出以物质运动及其与时

间、空间、周围物体的关系为研究对象，以形成一