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== 【发展趋势】 ==



（１）[[固体力学]]经典的连续介质力学将可能会被突破。新的力学模型和体系，将会概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观和微观因素，以及这些因素的演化，从而使复合材料(包括陶瓷、聚合物和金属)的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上。


固体力学将融汇力-热-电-磁等效应。机械力与热、电、磁等效应的相互转化和控制，目前大都还限于测量和控制元件上，但这些效应的结合孕育着极有前途的新机会。近来出现的数百层叠合膜“摩天大厦”式的微电子元器件，已迫切要求对这类力-热-电耦合效应做深入的研究。以“Mechronics”为代表的微机械、微工艺、微控制等方面的发展，将会极大地推动对力-热-电-磁耦合效应的研究。



（2）[[流体力学]]今后，空天飞机和新一代的超声速民航机的成功研制将首先取决于流体力学的进展。在有关的高温空气动力学中必须放弃原先的热力学平衡的假定。吸气式发动机中H2，O2在超声速流动状态下的混合、点火等，都是过去的理论和实践未能解决的难题。超声速流边界层的控制、减阻以及降噪控制等也带来一系列新问题。


（3）[[一般力学]]一般力学近来已开始进入生物体运动问题的研究，研究了人和动物行走、奔跑及跳跃中的力学问题。这种在宏观范围内对生物体进行的研究，已经带来了一些新的结果。亿万年生物进化的结果，的确把优化的运动机能赋与了生存下来的物种。对其进一步研究，可以提供生物进化方向的理性认识，也可为人类进一步提高某些机构或机械的性能提供方向性的指导。以下几个方面的问题应当给予充分重视：(1)固体的非平衡/不可逆热力学理论；(2)塑性与强度的统计理论；(3)原子乃至电子层次上子系统(原子键，位错，空位等缺陷)的动力学理论。为深入进行这些研究，应当充分利用与开发计算机模拟(如分子动力学)和现代宏、细、微观实验与观测技术。 工科离不开力学，在工科基础课中，开设了不同的力学课程：理论力学，假设物体不发生变形，用传统数学物理方法研究一切质点，物体的运动，静力学和动力学原理，机械原理的理论基础。材料力学，传统方法研究物体在各种载荷下，包括静力，静扭矩，静弯矩，振动，碰撞等，机械零部件和装配设计，机械加工的理论基础。流体力学，研究一切流体在容器、管道中运动规律和力学特性，液压、气动、热分析的理论基础。分析力学，使用计算数学方法分析力学有限元素法，把受力对象拆解成有限个元素，对每个元素进行受力分析，通过联立偏微分方程组，用泛函求解，计算出每个元素，每个节点的应力应变。联立方程组可化为刚度矩阵和自由度组成的矩阵方程。



（4）[[生物力学]]当今生物力学发展正经历着深刻的变化。生命科学与包括力学在内的基础和工程科学交叉、融合目前已愈来愈成为当今生命科学的研究热点，同时也是力学学科的新生长点。基础研究逐步精细化及定量化，大量数据的积累要求模型化及数学化，为生物力学研究开辟了新的用武之地。现代分子和细胞生物学既提出大量新课题，又带来了许多新工具，推动着生物力学由宏观向微（细）观深入、并强调宏-微（细）观相结合。实际应用的不断涌现，催生着以解决与应用相关的工程技术问题为目标的新的生物工程学。这一新的生物工程学远远超出了基于微生物的、以发酵工程为标志的生物技术及以医疗仪器研发为目标的生物医学仪器这两个传统的领域。不断寻求新的力学和物理原理与方法，与生命科学及其它基础和工程科学进一步融合，已成为当今生物力学发展的主要特色。当今生物力学正经历从“X × Bio = Bio-X”（交叉）到“Bio × X = X-Bio”（融合）的转变。在基础研究层面上，它将与生物物理学、生物数学、生物信息学、生物化学等紧密结合，重点研究生物学的定量化和精确化问题；在应用研究层面上，组织工程、药物设计与输运、血流动力学、骨-肌肉-关节力学等正在或已经得到临床或工业界的认同，其核心是解决关键技术问题。


当前生物力学的发展特点可大致归纳为：内涵扩大（生物医学工程；生物工程），有机融合（生命科学与基础和工程科学），微观深入（细胞-亚细胞-分子层次；定量生物学），以及宏观-微观相结合（组织工程、器官力学；信息整合与系统生物学）。宏观生物力学研究仍为主流，但宏观-微观相结合、微观生物力学研究发展十分迅速。当前生物力学发展的前沿领域主要包括：1）细胞-分子力学；2）器官-组织力学；3）骨骼-肌肉-关节力学；4）生物力学新概念、新技术与新方法等。



（5）[[环境力学]]环境力学是力学与环境科学相互结合而形成一门新兴交叉学科，主要研究自然环境中的变形、破坏、流动、迁移及其伴随的物理、化学、生物过程和导致的物质、动量、能量输运，定量化描述环境的演化规律和对人类生存环境的影响。环境力学的发展十分有利于深化人们对环境问题中的物理过程和基本规律的认识，促进环境问题的定量化研究。


21世纪的环境力学研究，既要注重学科发展的自身规律和要求，又要紧密结合国家需求和工程实际，将机理研究、规律分析与防治措施有机地结合起来。结合我国的经济和社会发展需求，我国的环境力学研究必须抓住一个基础（复杂介质流动和多过程耦合）、两个经济发展地区（西部和沿海）、三个方面（水环境、大气环境、灾害与安全），确立重点发展领域，促进学科的发展。



一方面，强调环境力学中的共性科学问题，包括：(1)环境流动与输运的基本方程和求解方法；(2)气、液、固界面的耦合；(3)多相、多组分、多过程，以及多尺度的耦合分析等；(4)“环境力学”中模型实验的尺度效应问题等。


另一方面，瞄准西部开发和沿海经济开发，以及重大工程和影响的实际环境问题，包括：(1) 西部干旱、半干旱环境治理的动力学过程 —土壤侵蚀机理、沙尘暴形成和输送机理、以及荒漠化治理；(2)以水或气为载体的物质输运过程—污染物排放过程的精确预报、河口海岸泥沙、污染物输运及其对生态环境的影响规律；(3)重大环境灾害发生机理及预报— 热带气旋、风暴潮/洪水预测、滑坡/泥石流产生机理、全球变暖等



== 起源 ==


'''相关书籍'''


力学知识最早起源于对[[自然]]现象的观察和在[[生产]]劳动中的[[经验]]。人们在[[建筑]]、[[灌溉]]等劳动中使用[[杠杆]]、[[斜面]]、[[汲水]]等器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。[[古希腊]]的[[阿基米德]]对[[杠杆平衡]]、物体[[重心]]位置、物体在水中受到的[[浮力]]等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了[[静力学]]即平衡理论的基础。古代人还从对[[日]]、[[月]]运行的观察和[[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。但是对力和运动之间的关系，只是在[[欧洲]][[文艺复兴]]时期以后才逐渐有了正确的认识。



[[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(特别是[[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，力学的研究对象由单个的自由[[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]]。其后，[[欧拉]]又进一步把牛顿运动定律用于[[刚体]]和理想[[流体]]的运动方程，这看作是连续[[介质力学]]的开端。



运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世，在这方面作出贡献的是纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人。[[弹性力学]]和[[流体力学]]基本方程的建立，使得力学逐渐脱离物理学而成为独立学科。


'''力学仪器'''


从牛顿到汉密尔顿的理论体系组成了物理学中的[[经典力学]]。在弹性和流体基本方程建立后，所给出的方程一时难于求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法解决。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。



[[20世纪]]初，随着新的[[数学]]理论和方法的出现，力学研究又蓬勃发展起来，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等。


这时的先导者是[[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察事物本质，又能寻找合适的解决问题的数学途径，逐渐形成一套特有的方法。从20世纪60年代起，[[计算机]]的应用日益广泛，力学无论在应用上或理论上都有了新的进展。力学在中国的发展经历了一个特殊的过程。与古希腊几乎同时，中国古代对平衡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。



== 性质 ==


'''相关书籍'''


物理科学的建立是从力学开始的。在物理科学中，人们曾用纯粹力学理论解释[[机械运动]]以外的各种形式的运动，如[[热]]、[[电磁]]、[[光]]、[[分子]]和[[原子]]内的运动等。当物理学摆脱了这种机械(力学)的自然观而获得健康发展时，力学则在工程技术的推动下按自身逻辑进一步演化，逐渐从物理学中独立出来。



20世纪初，[[相对论]]指出牛顿力学不适用于高速或宇宙尺度内的物体运动；20年代，[[量子论]]指出牛顿力学不适用于[[微观世界]]。这反映人们对力学认识的深化，即认识到物质在不同层次上的机械运动规律是不同的。所以通常理解的力学，是指以宏观的机械运动为研究内容的物理学分支学科。许多带“力学”名称的学科，如[[热力学]]、[[统计力学]]、[[相对论力学]]、[[电动力学]]、[[量子力学]]等，在习惯上被认为是物理学的其它分支，不属于力学的范围。


力学与数学在发展中始终相互推动，相互促进。一种力学理论往往和相应的一个数学分支相伴产生，如运动基本定律和[[微积分]]，运动方程的求解和常微分方程，弹性力学及流体力学和数学分析理论，天体力学中运动稳定性和微分方程定性理论等，因此有人甚至认为力学应该也是一门[[应用数学]]。但是力学和其它物理学分支一样，还有需要实验基础的一面，而数学寻求的是比力学更带普遍性的数学关系，两者有各自不同的研究对象。



力学不仅是一门基础科学，同时也是一门技术科学，它是许多工程技术的理论基础，又在广泛的应用过程中不断得到发展。当[[工程学]]还只分[[民用工程学]](即[[土木工程学]])和[[军事工程学]]两大分支时，力学在这两个分支中就已经起着举足轻重的作用。工程学越分越细，各个分支中许多关键性的进展，都有赖于力学中有关运动规律、[[强度]]、[[刚度]]等问题的解决。


力学和工程学的结合，促使了工程力学各个分支的形成和发展。现在，无论是历史较久的土木工程、建筑工程、水利工程、机械工程、船舶工程等，还是后起的航空工程、航天工程、核技术工程、生物医学工程等，都或多或少有工程力学的活动场地。



力学既是基础科学又是技术科学这种二重性，有时难免会引起分别侧重基础研究和应用研究的力学家之间的不同看法。但这种二重性也使力学家感到自豪，它们为沟通人类认识自然和改造自然两个方面作出了贡献。


== 研究方法 ==




'''相关书籍'''



力学研究方法遵循认识论的基本法则：实践——理论——实践。力学家们根据对自然现象的观察，特别是定量观测的结果，根据生产过程中积累的经验和数据，或者根据为特定目的而设计的科学实验的结果，提炼出量与量之间的定性的或数量的关系。为了使这种关系反映事物的本质，力学家要善于抓住起主要作用的因素，屏弃或暂时屏弃一些次要因素。


力学中把这种过程称为建立模型。质点、质点系、刚体、弹性固体、粘性流体、连续介质等是各种不同的模型。在模型的基础上可以运用已知的力学或物理学的规律，以及合适的数学工具，进行理论上的演绎工作，导出新的结论。



依据所得理论建立的模型是否合理，有待于新的观测、工程实践或者科学实验等加以验证。在[[理论]]演绎中，为了使理论具有更高的概括性和更广泛的适用性，往往采用一些[[无量纲参数]]如[[雷诺数]]、[[马赫数]]、[[泊松比]]等。这些参数既反映物理本质，又是单纯的数字，不受尺寸、[[单位制]]、工程性质、实验装置类型的牵制。


因此，从局部看来，力学研究工作方式是多样的：有些只是纯数学的推理，甚至着眼于理论体系在[[逻辑]]上的完善化；有些着重数值方法和近似计算；有些着重实验技术等等。而更大量的则是着重在运用现有力学知识，解决工程技术中或探索自然界奥秘中提出的具体问题。



现代的力学实验设备，诸如大型的[[风洞]]、[[水洞]]，它们的建立和使用本身就是一个综合性的科学技术项目，需要多工种、多学科的协作。应用研究更需要对应用对象的工艺过程、材料性质、技术关键等有清楚的了解。在力学研究中既有细致的、独立的分工，又有综合的、全面的协作。


== 分类 ==




'''力学仪器'''



力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体运动和所受力的关系。力学也可按所[[研究对象]]区分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支，流体包括液体和气体；固体力学和流体力学可统称为连续介质力学，它们通常都采用连续介质的模型。[[固体力学]]和[[流体力学]]从力学分出后，余下的部分组成[[一般力学]]。


一般力学通常是指以质点、质点系、刚体、刚体系为研究对象的力学，有时还把抽象的动力学系统也作为研究对象。一般力学除了研究离散系统的基本力学规律外，还研究某些与现代工程技术有关的新兴学科的理论。一般力学、固体力学和流体力学这三个主要分支在发展过程中，又因对象或模型的不同出现了一些分支学科和研究领域。属于一般力学的有理论力学(狭义的)、[[分析力学]]、[[外弹道学]]、振动理论、[[刚体动力学]]、陀螺力学、运动稳定性等；属于固体力学的有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；流体力学是由早期的水力学和水动力学这两个风格迥异的分支汇合而成，现在则有空气动力学、气体动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等分支。各分支学科间的交叉结果又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等。



力学也可按研究时所采用的主要手段区分为三个方面：理论分析、实验研究和数值计算。实验力学包括实验应力分析、水动力学实验和空气动力实验等。着重用[[数值]]计算手段的[[计算力学]]，是广泛使用电子计算机后才出现的，其中有计算结构力学、计算流体力学等。对一个具体的力学[[课题]]或研究[[项目]]，往往需要[[理论]]、[[实验]]和[[计算]]这三方面的相互配合。


力学在工程技术方面的应用结果形成工程力学或应用力学的各种分支，诸如土力学、岩石力学、爆炸力学复合材料力学、工业空气动力学、环境空气动力学等。力学和其他基础科学的结合也产生一些交又性的分支，最早的是和天文学结合产生的天体力学。在20世纪特别是60年代以来，出现更多的这类交叉分支，其中有物理力学、化学流体动力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、理性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球构造动力学、[[地球流体力学]]等。



== 相关学科 ==


静力学、动力学、流体力学、[[分析力学]]、[[运动学]]、[[固体力学]]、材料力学、复合材料力学、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学、[[磁流体力学]]、空气动力学、[[理性力学]]、[[物理力学]]、天体力学、生物力学、计算力学、物理学、热学、光学、[[声学]]、电磁学、 核物理学、固体物理学。







[[Category:科學技術]]