力學(xué)發(fā)展及其在生活中的應(yīng)用

張珅豪

摘 要：力學(xué)是現(xiàn)代社會(huì)學(xué)科中已經(jīng)獨(dú)立的一門(mén)學(xué)科，隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，力學(xué)的發(fā)展顯得尤為重要，本文基于力學(xué)發(fā)展的歷史進(jìn)程，概述了現(xiàn)代力學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r，列舉了力學(xué)在生活各個(gè)方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：力學(xué)發(fā)展；歷史歷程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X-019 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0206-01

1 前言

力學(xué)，作為人類社會(huì)最為基礎(chǔ)的科學(xué)學(xué)科之一，其主要的研究方向是物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律。古代人類社會(huì)勞動(dòng)人民從生活中觀察到各種和力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐漸建立起對(duì)平衡物體受力情況的認(rèn)識(shí)。現(xiàn)代社會(huì)，力學(xué)已經(jīng)發(fā)展為一個(gè)宏大的領(lǐng)域，可以毫不夸張的說(shuō)，力學(xué)幾乎涉及生活的各個(gè)方面，且已經(jīng)成為對(duì)眾多自然學(xué)科來(lái)說(shuō)是最基礎(chǔ)的、最具有支撐性作用的學(xué)科。

2 力學(xué)的發(fā)展

2.1 力學(xué)的發(fā)展歷史歷程

力學(xué)的發(fā)展，最早可以追溯到遙遠(yuǎn)的古代，人們?cè)谏a(chǎn)勞動(dòng)中應(yīng)用杠桿、螺旋、滑輪、斜面等簡(jiǎn)單的單機(jī)械工具，來(lái)輔助社會(huì)生活生產(chǎn)。從阿基米德的《論比重》奠定靜力學(xué)基礎(chǔ)，到意大利達(dá)芬奇研究滑動(dòng)摩擦、平衡和力矩，再到哥白尼的“日心說(shuō)”，力學(xué)體系的發(fā)展，代表著時(shí)代前進(jìn)的步伐。16世紀(jì)末期，由于航海事業(yè)的發(fā)展，以及戰(zhàn)爭(zhēng)和工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的需要，力學(xué)的研究得到了極大的促進(jìn)，力學(xué)被視為工程技術(shù)發(fā)展的基石，力學(xué)發(fā)展，總會(huì)伴隨著社會(huì)軍事和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)程。鐘表工業(yè)的興起，極大地促進(jìn)了勻速運(yùn)動(dòng)的理論發(fā)展。水磨機(jī)械傳動(dòng)促進(jìn)了摩擦力和齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力學(xué)研究，火炮的大規(guī)模運(yùn)用推動(dòng)力學(xué)體系中對(duì)拋射體運(yùn)動(dòng)力學(xué)的研究。對(duì)于以前的力學(xué)界來(lái)說(shuō)，天體的運(yùn)行提供給了人們最為純粹、最為精確的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)資料模型，這使得人們有可能排除摩擦和空氣阻力的干擾，對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)研究的更為透徹，得到更為規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。由此，天文學(xué)為力學(xué)找到了算是最為理想的實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)室就是天體，天體可以說(shuō)極大地促進(jìn)了人們對(duì)力學(xué)的研究。丹麥天文學(xué)家第谷在16世紀(jì)對(duì)天地觀測(cè)獲取了大量的數(shù)據(jù)，為開(kāi)普勒提出三大定律奠定了基礎(chǔ)，為他的理論研究做了充足的準(zhǔn)備。開(kāi)普勒提出行星運(yùn)動(dòng)三定律后，又有兩個(gè)力學(xué)先哲出現(xiàn)在歷史舞臺(tái)。第一個(gè)是研究了自由落體規(guī)律、慣性定律以及加速度的伽利略，第二個(gè)就是英國(guó)科學(xué)家牛頓。牛頓提出三個(gè)基本定律，萬(wàn)有引力定律，天體力學(xué)等，并將其記錄在了跨世巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中。成為力學(xué)的奠基人。理論力學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展，當(dāng)然還少不了像伯努利、歐拉、達(dá)朗伯、拉格朗日等等很多力學(xué)的研究者以及數(shù)學(xué)家的貢獻(xiàn)。力學(xué)雖說(shuō)是一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科，但歸根結(jié)底，還是數(shù)學(xué)的問(wèn)題，力學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)的要求不僅有矢量代數(shù)和微積分，還涉及數(shù)學(xué)領(lǐng)域的很多原理與計(jì)算及邏輯思想[1]。

20世紀(jì)的力學(xué)發(fā)展，主要基于對(duì)航天航空工程發(fā)展的需求，圍繞航天事業(yè)進(jìn)行延伸和發(fā)展，航空航天工程中的力學(xué)問(wèn)題成為力學(xué)研究領(lǐng)域的主流問(wèn)題。但同時(shí)，其他和力學(xué)有或多或少交叉的的學(xué)科，也在慢慢向力學(xué)體系靠攏。21世紀(jì)力學(xué)的發(fā)展，呈現(xiàn)出和以往不一樣的局面，力學(xué)的研究不再局限與某一或幾個(gè)單一的領(lǐng)域，絕大多數(shù)新興工科的蓬勃發(fā)展都離不開(kāi)力學(xué)的基礎(chǔ)，如微納米力學(xué)的發(fā)展，屬于和力學(xué)聯(lián)系領(lǐng)域前沿性的問(wèn)題。另外一些傳統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域也慢慢加強(qiáng)了與力學(xué)研究的理論聯(lián)系，由于工程應(yīng)用的發(fā)展，力學(xué)被更多更廣泛地應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中。另外，現(xiàn)代信息電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及計(jì)算機(jī)和光電技術(shù)的發(fā)展，也從一個(gè)方面，極大地推動(dòng)了力學(xué)發(fā)展的進(jìn)程。現(xiàn)代力學(xué)的的發(fā)展，已經(jīng)被科學(xué)劃分形成了很多類，涉及天體、物理、地理、空氣動(dòng)力、流體、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等等多個(gè)領(lǐng)域。

2.2 力學(xué)發(fā)展的未來(lái)展望

從現(xiàn)在力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，許多新興與力學(xué)有交叉的學(xué)科，有著很大的發(fā)展空間。從宏觀研究到如今的細(xì)觀和微觀的力學(xué)的轉(zhuǎn)變進(jìn)程來(lái)看，力學(xué)的發(fā)展，還有很長(zhǎng)的一段路要走。隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展，肯定還會(huì)不斷出現(xiàn)的新的問(wèn)題，這些都需力學(xué)來(lái)解答。所以，現(xiàn)代力學(xué)的發(fā)展需求，對(duì)力學(xué)研究者有著極大的挑戰(zhàn)，當(dāng)然，機(jī)遇和挑戰(zhàn)是并存的，力學(xué)解決不了需求之日，即是力學(xué)領(lǐng)域突破之日。

3 力學(xué)在生活中的應(yīng)用

力學(xué)是這一學(xué)科的發(fā)展之初，就是從生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中發(fā)展而來(lái)的，所以說(shuō)我們的日常生活，不管是衣食住行還是其他方面處處都與力學(xué)有著緊密的關(guān)系。力學(xué)已經(jīng)充斥到了我們生活的方方面面。重力、摩擦力以及杠桿原理等等生活中常見(jiàn)的力學(xué)現(xiàn)象和原理的應(yīng)用，已經(jīng)對(duì)我們的社會(huì)生活生產(chǎn)起到了不可估量的幫助與影響。這些原理和知識(shí)也在深刻的影響著人們的生活方式，為人類文明的繁榮發(fā)展與進(jìn)步起到很大的推動(dòng)作用[2]。

常見(jiàn)的生活中力學(xué)的應(yīng)用實(shí)例如橋梁的設(shè)計(jì)建造，鐵路公路的設(shè)計(jì)建造等等。力學(xué)分析可以計(jì)算橋梁及公路鐵路的承重狀況，以此來(lái)改進(jìn)實(shí)際建筑對(duì)象，達(dá)到最大的實(shí)用效率。高樓大廈，低樓平房的建造，自然也離不開(kāi)力學(xué)。例如在地震多發(fā)的地區(qū)，大樓往往需要具備良好的穩(wěn)定性，要有著良好的抗震的性能，力學(xué)分析可以為建筑設(shè)計(jì)提供理論支持。現(xiàn)代船舶建造事業(yè)的發(fā)展，也需要力學(xué)工作者對(duì)新的船舶設(shè)計(jì)進(jìn)行大量的定性力學(xué)分析和計(jì)算，以此來(lái)論證其下水的可行性。工業(yè)制造的普及，機(jī)械自動(dòng)化工程中機(jī)械的設(shè)計(jì)制造，也需要力學(xué)的支持。另外，堤壩的設(shè)計(jì)，都是上窄下寬的模式，這其實(shí)也是一個(gè)典型的力學(xué)分析問(wèn)題，上窄下寬是為了提高堤壩的穩(wěn)定性，這樣的設(shè)計(jì)可以提高堤壩的抗顛覆能力，堤壩不但涉及上窄下寬的整體設(shè)計(jì)問(wèn)題，其實(shí)在迎水面坡度和背水面坡度的設(shè)計(jì)也極為講究，通過(guò)簡(jiǎn)單的受力分析發(fā)現(xiàn)，在用料相同的情況下，水庫(kù)中的堤壩，背水面修的比擋水面緩可以更好地提升穩(wěn)定性，而將江河中的堤壩迎水面修得比背水面更緩可以得到更好的穩(wěn)定性[3]。

可見(jiàn)，有時(shí)候在某些情況下，通過(guò)力學(xué)分析思考，簡(jiǎn)單做出相應(yīng)的變化，就可以起到意想不到的效果。其實(shí)，力學(xué)再我們生活的身邊也處處存在，例如，一個(gè)紙盒子的包裝設(shè)計(jì)，都是蘊(yùn)含力學(xué)元素的。根據(jù)承裝的物品的不同，紙盒的材料、盒中的緩沖物的選取，都需要考慮實(shí)際情況，結(jié)合受力分析，完成設(shè)計(jì)。另外我們過(guò)年都要吃餃子，煮餃子時(shí)湯沸騰時(shí)我們向鍋里加少許冷水的做法也是蘊(yùn)含力學(xué)知識(shí)的，這就是所謂的冷作硬化的原理，這樣煮出來(lái)的餃子比較堅(jiān)挺，口感最佳。在煮餃子的過(guò)程中，餃子皮如果長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓這種狀態(tài)下，會(huì)逐漸變的越來(lái)越松軟，湯汁甚至可以透過(guò)餃子皮浸泡到餃子餡，影響餃子餡的味道，雖然最后也一定能夠煮熟，但是吃起來(lái)，口感可是差了一大截。一般的金屬材料在提高強(qiáng)度時(shí)就會(huì)運(yùn)用這個(gè)原理。由此可見(jiàn)，力學(xué)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面中去了。

4 結(jié)語(yǔ)

力學(xué)領(lǐng)域是一片遼闊的天空，幾乎覆蓋了我們的社會(huì)學(xué)科和生活中的每一個(gè)角落，了解力學(xué)的發(fā)展和其在生活中的應(yīng)用，可以幫助我們更好地推動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，并使我們終生受益。

參考文獻(xiàn)

[1]席春娜.淺談力學(xué)的發(fā)展及其在生活中的應(yīng)用[J].西部皮革，2017，（6）：241.

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[3]周豐峻.21世紀(jì)力學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域和工程應(yīng)用方向[A].河南省力學(xué)學(xué)會(huì).力學(xué)與工程應(yīng)用（第十三卷）[C].河南省力學(xué)學(xué)會(huì)，2010.