第一章绪 论 1.1实验与力学实验的地位 从力学的发展史看，力学实验是力学科学建立的基础和发展的基本方法。力学的许多重要理论 都直接或间接地和力学实验相联系，按照武际可先生的说法，“力学本质上是一门观察和实验科学” 众所周知，在17世纪以前的古代和中世纪，无论欧洲还是中国都已有关于杠杆平衡、重心、 浮力、强度和调度以及匀速直线和匀速圆周运动等一些力学概念的措述。古埃及金字塔，古罗马斗 兽场，中国的都江堰、赵洲桥等著名建筑也说明古人的力学经验积累已达到相当高的水平。但作为 力学理论却是在人们重视和采用力学实验方法之后才逐步形成和建立的。“实验”作 种科学 究方法最早由达·芬奇(Leonardo di ser Piero da Vinci,1452~l519)提出和运用，他因此在 自然科学方面作出了巨大的贡献，达·芬奇研究过杠杆平衡、斜抛体和自由落体的运动，以及摩擦 对物体运动的影响，还作过铁丝的拉伸强度试验等。伽利略(Ga1i1eoGa1i1ei,1564~1642)发展 了决·芬奇的实验征究方法，创立了对时物理现象讲行黔研究并把究验方法与数学方法，罗提论证 相结合的科学研究方法。 正是 由于伽利略善于观察和思考，善于设计和运用实验方法， 善于总结和 分析，才有了比萨斜塔落体实验、小球斜面滚动实验等著名实验，也才有了摆的定律、惯性定律 落体运动定律以及对相对性原理等重要理论的提出，从而奠定了经典力学的基础。他在晚年(1638 年)出版的历史巨著《关于两门新科学的谈话和数学证明》一书中，除了动力学外，还有不少关于 材料力学的内容。他讨论的第一个问题是直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面面积成正比， 而与长度无关的正确结论：讨论的第二个问题是关于梁的弯曲试验和理论分 正确地断定了梁的 抗弯能力和几何尺寸的 学相 关系。他 主意到空 能 大提高 度而无需增加重量”。因 此，该书不仅是动力学的第一部著作，还被看作是材料力学开始形成一门独立学科的标志。 在17世纪初一18世纪末的近两百年中，经典力学得以建立的一个重要原因是，伴随欧洲资本 主义生产方式陆续取代封建的生产关系，商业和航海迅速发展对科学技术的需要，由伽利略发展和 培根倡导的实验科学开始兴起，使得技术上的工匠传统和学者传统走向结合，17世纪中叶，欧洲 各国纷纷成立科学院，如英国皇家学 法国科学院、罗马科学 数学 ,柏林科 院等， 为加强学术交流创办科学期刊。好几个国家甚至为满足航海需要悬赏解决经度的测定问题，促进了 天文观测和对天体运行规律的研究，那是科学史上的一个灿烂时代，一大批科学家因为著名的实验 发明和发现而彪炳史册。在伽利略前后，有第谷(Tycho Brahe,1510~1601)的30年天文观测， 盖利克(Ouov0 n Guericke.16021682)的马德堡直空半球实验.胡克(Hooke robert.1635-1703) 的弹簧受力实验、重力实验，库仑(Charlse-Coulob,1736一1806)的扭称发现和扭 转实验，卡文迪什(Henry Cavendish,1731~1810)测量万有引力的扭秤实验等等 一时期 展的实验研究和积累的丰富观察资料，不仅促成了经典力学的建立，还对数学学科的发展产生了深 远影响，促进了技术进步。望远镜和摆钟就是这一时期分别由伽利略和患更斯 (Christiaan Buygens,,1629~1695)发明的.科学界也公认，如果没有I利咯、开普勒(Johannes Kep1er,1571一1630)、惠更斯、胡克等前人在惯性，引力、行星运动、加速度、摆的运动等方面 的研究和成果积累，就不会有牛(Sir Isaac Ne 1612 ~1727)三大力学定律的问世。牛顿 能够完成三大力学定律的总结工作，除了当时的资料积累已经相当丰富外，很大一个原因是牛倾善 于运用数学总结和分析。事实上，微积分就是牛顿在总结切线、求积、瞬时速度以及函数的极大、 极小值等与运动有关问题的数学方法过程中创立的。他运用自己创立的微积分论证力学定律，从而 This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2fash.com for more information