文档介绍：力学—迎接21世纪新的挑战
1前言
科学技术是第一生产力。我国正在进行的经济改革和技术改造,为科学技术提供了广
阔的发展天地。我国力学界也将在经济主战场上大显身手、以新的姿态去迎接21世纪的新
的挑战、为国民经济和国防建设的新起飞做贡献、并推进力学学科的繁荣和发展。力学是一
门基础学科,它同数、理、化、天、地、生并列为七大基础学科之一。力学的应用范围十分
广泛,它又属于技术科学,它植根于国民经济的各个产业门类。哪里有技术难题,几乎那里
就有力学难题。在20世纪即将结束,21世纪即将来临的转折时代,回顾我国力学界在国家
经济建设与国防建设中取得的成就,分析了我们面临的新的挑战,形成本报告。
2对力学的再认识
人类文明有多久,力学就有多久。人是使用工具的动物,从石头和木棍开始的迄今人
类所创造的各种工具,都丰富发展了力学,大部分都是在力学指导下逐渐改进的。远的说,
中国2400多年前《墨经》上便有杠杆等力学知识的记载,西方大约在同时期稍后,古希腊
阿基米德对静力学就有了系统的论述。近的说,牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原
理》一书标志着力学精确化的开始,也标志着近代整个自然科学精密化的开始。在此之后迄
今300年里,力学有了大发展。
:力学是“大工业的真正科学的基础”
20世纪前,人类的近代工业:蒸汽机、内燃机与***、大水利工程,大垮度
的桥梁、铁路与机车、轮船、枪炮,无一不是在力学知识积累基础上产生与发展起来的。
马克思的话,在现在也还没有过时。就拿高技术领域的航空和航天技术来说,它们全
面地依靠力学在发展。如一架能坐400人的波音747飞机,它是长宽超过半个足球场大的庞
然大物,重量超过100t(有些军用飞机还更大)。想一想它竟然可以在比鸿毛还轻的空气
中翱翔,恐怕不能不叹服近代空气动力学的成就;再看一看它那舒展的机翼,在飞机遇到不
稳定气流时,它在上下颤动,而航行竟是如此安全可靠,则又不能不承认固体力学和结构力
学的成就;当你身经一次跨越太平洋,遥遥数万里飞行时,无论是白天还是黑夜,它都能准
确无误地到达,既不延误时间也不会走错路,更不会失控。对比二次大战时,德国空军奉命
去轰炸苏联的A城市,结果由于领航员判断失误而炸了B城市“得胜”而还的那种迷失方向,
我们又不能不感谢导航与自动控制的成就,而它最核心的技术却是一般力学研究的对象。
20世纪,产生的许多高技术,除航天、航空外,还有高层建筑、巨型轮船、大跨度与
新型桥梁(如吊桥、斜拉桥)、海洋平台、精密机械、机器人、高速列车、海底隧道等都是
在力学指导下实现的。20世纪,也产生了在许多其他基础学科指导下形成的高技术,如半
导体,电子计算机,核工程等。表面上,与力学搭不上钩的高技术,也总是碰到力学难题在
卡脖子。电子计算机,小型微型化是它的一个重要趋向,但是当计算机芯片愈来愈小时,1cm
体积内的存储器数以百万计,这就产生了由于电流生热而导致的热应力的力学问题往往使器
件损坏。在通讯中有架设通讯网络以及高性能天线的力学问题,设计与生产光盘与硬盘等存
储设备中,需要有高精密定位等等。人们现在常常说未来的21世纪的带头产业与学科是生
命科学或生物学,似乎与力学毫无关系,这恐怕是一种误解。单就生物医疗器械而言,人工
心肺、人工器官,就是力学家参与下方才实现的。此外还有许多血液流动、肌骨损伤等基本
理论问题,现已成长为一门分支学科——生物力学。
钱学森先生70年代说过:“不可能设想,不要现代力学就能实现现代化”。马克思
说过力学是“大工业的真正科学的基础”。当人们享受着现代工业进步的成果时,看到现代
工业矗立入云的高楼大厦时,请不要忘记支撑这大厦的“基础”,因为“基础”总埋在地下
不外露,而为一般人所忽略的。
:“认识机械运动,是科学的第一个任务”
力学是研究物质的宏观机械运动的学问,机械运动即简单的位置移动,宏观指的是同
人的尺度相去不大的范围。由于各类复杂运动中都包含着这种基本的运动形态,不论是在自
然界,在技术过程中力学问题都广泛存在。所以它的研究成果也深刻影响着别的基础科学的
发展,当然其他学科的研究成果也丰富与推动力学的发展。力学与其他学科的相互影响主要
是通过以下5种途经:
1)力学是自然科学中精确化最早的学科。力学发展中最早与数学建立起密不可分的联
系。历史上最伟大的力学家,也同时是伟大的数学家。将实际问题经过模式化转化为数学问
题求解再回到实际,所形成的方法论,深深地影响着整个自然科学。如动力系统从力学中提
出,它的要点是给定系统发展所必须遵从的规律及初始状态,去追踪系统的发展。这种方法
应