力学—迎接21世纪新的挑战

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1、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

2、成本报告。2对力学的再认识2.1历史悠久的学科人类文明有多久，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。2.2马克思如是说：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

3、与机械工业、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

4、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

5、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

6、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。2.3恩格斯如是说：“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

7、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。这种方法应用到天文、物理，后来应用在化学中讨论反应过程形成化学动力学，精确化后的经济学的经济动力学也可以看作是这一方法论的延伸。2)力学中研究的宏观现象，是自然界最易于直接观察到的现象。许多重要发现和结论都

8、是在力学中首先研究清楚后