力學與工程密不可分

2017-08-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

摘引自武際可教授《力學史》一書

1920年以前力學發(fā)展史中的100篇重要文獻

從下述簡單介紹中可以看到以下結論:

16世紀以前力學發(fā)展較慢;
中國雖然有很多水利、橋梁、土木等等的偉大工程,卻沒有發(fā)表過力學方面的文獻;
力學與數學關系緊密、力學的發(fā)展與工程的需要密不可分;
一輩子能為后人留下有用的寶貴知識并不容易。

亞里斯多德(Aristotle)在公元前350年完成《論天》(On the heavens)中闡述了落體加速度與重量成正比的論斷。

阿基米德(Archimedes,287BC-212BC)在《論浮體》(On floating bodies)中討論了流體中物體的平衡問題。

在《論平面圖形的平衡》(On the equilibrium of planes)中討論了杠桿原理與平面圖形物體的重心。

托勒密(Ptolemy,100-170)在《大匯編》(Almagest)中建立了太陽系運行的托勒密體系。

希羅(Hero of Alexandria,約公元60)在《氣體力學》(Pneumatics)中涉及了真空、水與空氣的壓力、虹吸管、玩具和一種用蒸汽驅動的旋轉機械。

在《力學》(Mechanics)中介紹了運動、平衡和簡單機械的知識。

帕普斯(Pappus Alexandrinus,300-350)在《數學匯編第八卷》(Mathematical Collec-tion Book 8)中匯集了古希臘對力學研究的成果。1022

約旦努(Jordanus de Nemore,1220)在《重物的論述》(Liber de ponderibus)中討論了物體的平衡問題,包含了虛功原理的萌芽。1533

哥白尼(Nicholas Copernicus,1473-1543)在《天體運行論》(De revolutionibus orbium celestium)中提出了太陽系的哥白尼系統(tǒng)。1543

開普勒(Johannes Kepler,1571-1630)在《宇宙的和諧》(Harmonice mindi)中總結了行星運行的三大定律。1619

斯梯芬(Semon Stevin,1548-1620)的《靜力學原理》(Staticae elementis)是靜力學體系標志性著作。1586

默森(Marin Mersenne,1588-1648)在《宇宙的和諧》(Traite de l’Harmonie Universelle)是最早關于聲音、音樂和樂器的著作。1627

鄧玉函(Joannes Terrens,1576-1630)王徵在《遠西奇器圖說》中最早介紹了西方力學知識。1627

伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)在《關于托勒密與哥白尼兩大世界體系的對話》(The system of the world:in four dialogues where-in the two grand systemes of Ptolemy and Copernicus)中系統(tǒng)地論證了哥白尼系統(tǒng),提出了慣性運動的概念。1632

《關于兩門新學科的對話》總結了材料強度、自由落體和拋物體的運動規(guī)律。1638

托里拆利(Evangelista Torrielli,1608-1647)在《論重物的運動》(De motu gravium)中證明了孔口出流的速度與液高的平方根成比例(即托里拆利定理),還指出位置最低時平衡得好,是平衡穩(wěn)定性的最早提法。1644

波義耳(Boyle, Hobert,1627-1691)在《關于空氣的彈性及其效果的物理力學新實驗》(New experiments physico-mechanicall, tou-ching the spring of the air and its effects)中以系統(tǒng)的實驗論證了氣體的彈性。1660

帕斯卡(Blaise Pascal,1623-1662)在《論液體平衡和空氣的重量》(Traites de l’equilibre des liqueurs et de la pesenteur de la masse de l’air)中總結和提出帕斯卡原理,并總結了關于氣壓的一系列實驗。1663

馬略特(Edme Mariotte,1620-1684)在《論物體的撞擊與碰撞》(Tratite de la percussion ou chocq des corps)中總結了前人碰撞問題的實驗,得到了動量守恒定律。1671

在《論水和其他流體的運動》(Traite du mou-vement des eaux et des autres corps fluides )中研究了流體的阻力,得到流體阻力與速度的平方成比例的結論。1686

惠更斯(Christian Huygens,1629-1695)在《擺鐘論》(Horologium oscillatorium)中討論了約束在圓上的質點運動規(guī)律,論證了擺的等時性,提出了等時擺的概念。1673

胡克(Robert Hooke,1635-1703)在《論彈簧》(Lectures of springs)中研究了物體的彈性。1678

萊布尼茲(Isaac Newton,1616-1716)在《笛卡爾的一個出名錯誤的簡短證明》(Brevis demonstratio erroris memorabilis Cartesii)中提出活力,即動能守恒定律。1686

牛頓(Isaac Newton,1642-1727)在《自然哲學的數學原理》(Philosophia naturalis prin-cipia mathe-matica)中總結了經典力學體系,證明了萬有引力下行星運動服從開普勒三定律。1687

雅克布.伯努利(Jacob Bernoulli,1654-1705)在《等周問題實解》(Solution propria problematis iso-perimetrici)中建立了變分問題,總結了最速落體問題。1700《彈性梁彎曲的假設與證明》(Veritable hypothese de la risstance des solides avec la demonstra-tion de la courbure des corps qui font resort)中建立了梁的彎曲最早與實際接近的理論。1705

丹尼爾.伯努利(Danil Bernoulli,1700-1782)在《流體動力學》(Hydrodynamica)中總結了流體壓強與速度的關系,被稱為伯努利定律。1738

歐拉(Leounard Euler,1707-1783)在《力學》(Mecha-nics)中匯集了他對質點和質點系力學系統(tǒng)的研究成果。1736在《剛體運動理論》(Theoria motus corporum solidorum)中提出剛體運動的一般方程并解決了一種可積情形。1765

達朗貝爾(Jean le Rond d’Alembert,1717-1783)在《論動力學》(Traite de dynamique)中提出和總結了達朗貝爾原理和虛功原理。1743《流體的阻力》(Essai d’une nouvelle theorie de la resistance des fluides)中理想流體中沒有阻力的矛盾。1752

莫培督(Pierre de Maupertuis,1698-1759)在《宇宙論》(Essai de cosmologie)中最早陳述了最小作用量原理。1750

玻素(Charles Bossut,1730-1814)在《流體阻力的新實驗》(Nouvelles Experiences sur la resista-nce des fluides)中總結了船體阻力的實驗規(guī)律,開辟了船池實驗新領域。1777

拉格朗日(J. L. Lagrange,1736-1813)在《分析力學》(Mecanique analytique)是分析力學的奠基性文章。1788

庫侖(Charles Augustin Coulomb,1736-1806)在《論簡單機械》(Therorie des machines simp-les)中最早給出了摩擦力所遵從的規(guī)律。1781

班鎖(Louis Poinsot,1777-1859)在《靜力學原理》(Elements de statique)中引進了力偶的概念、系統(tǒng)討論了力系的簡化,提出剛體平衡的條件。1803

托馬斯.楊(Thomas Young,1773-1829)在《自然哲學講義》(A course of lectures on natural philosophy and the mechanical arts)中提出了楊氏模量,最早提出能量的概念。1807

拉普拉斯(Pierre Simmon Laplace,1749-1827)在《天體力學》(Mecanique celeste)中系統(tǒng)發(fā)展了圍繞天體力學的一套數學方法,如勢論、攝動法等等。1798-1825

凱利(George Cayley,1773-1858)在《論空中航行》(On Aerial Navigation)中開辟了從空氣動力學來探討飛行的道路。1809-1810

泊松(S. D. Poisson,1781-1840)在《力學教程》(Traite de macanique)是影響深遠的一套理論力學教材。1811

在《彈性體的平衡與運動》(Memeorire sur l’equi-libre et le mouvment des corps elasti-ques)中最早提出彈性體變形的泊松系數。1829

納維(C. L. M. H. Navier,1785-1836)在《論彈性體的平衡與運動》(Sur les lois de l’equilibre et du mouvement des corps solides elastiques)中最早提出彈性體運動的一般方程。1821在《流體的運動法則》(Memoire sur les du mou-vement des fluides)中最早提出黏性流體的運動方程。1823

哈密頓(William Rowan, Hamilton,1805-1865)《論動力學中的一個普遍方法》(On an general me-thod in dynamics),1834和1835《再論動力學中的一個普遍方法》中發(fā)展了分析力學,給出了哈密頓函數和哈密頓方程。

傅立葉(Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830)在《熱的解析》(Theori analytique de la chaleur)中奠定了解熱傳導偏微分方程的基礎,開創(chuàng)了量綱分析法。1822

卡諾(Sadi Carnot,1796-1832)在《論火的故事》(Reflexions sur la puissance mortise du feu)是熱力學第二定律研究的開始。1824

柯西(Augustin louis Cauchy,1789-1857)在《彈性或非彈性固體的運動方程》(Sur les equations qui experiment interieur d’un coe-ps solide, elastique ou non elastique)中總結了從1822年以后所做的研究成果,建立了彈性力學平衡與運動的普遍方程。1828

格里奧利(Gustave Gaspard Coriolis,1792-1843)在《力學應用于機械》(Cours de mecani-que ap-pliquee aux machines)中對旋轉系統(tǒng)提出了一種由相對速度誘導的加速度,即科氏加速度,由他產生科氏力。1835

格林(George Green,1793-1841)在《論在晶體介質中光的傳播》(On the Propagation of Light in Crystalized Media)中論證了各向異性彈性介質的彈性常數最多有21個。1839

泊蕭葉(Jean Louis Marie Poiseuille,1729-1829)在《流體通過細管運動的實驗研究》(Recher-ches experimentales sur le mouvement des li-qnides dans les tubes de tres petits diametres)中根據實驗總結出管流中的流動規(guī)律,被稱為哈根-泊蕭葉流。1841

焦耳(James Prescott Joule,1818-1889)在《論電磁的熱效應和熱的機械值》(On the Calo-rific Effects of Magneto-Electricity and on the Mechanical Value of Heat)中最早給出了熱功當量。1843

雅科比(Carl Guastav Jacob Jacobi,1804-1851)在《動力學講義》(Vorlesungen uber dunamik)中包含了將Hamilton方程變換到一階偏微分方程的變換,即Hamilton-Jacobi方程。1842-1843的講義

羅素(John Scott Russell,1808-1882)在《關于波浪的報告》(Report on Waves)中首次提出運河在開閉閘門時形成的淺水波可以不變形的傳播很遠,引入了孤立波這一科學家廣泛感興趣的名詞。1844

斯托克斯(George Gabriel Stokes,1819-1903)在《流體運動的內摩擦與彈性固體的運動與平衡》(On the theories of the internal friction of fluid in motion, and of the equilibrium and motion)中與納維不同的方法到出了黏性流體運動方程,被稱為N-S方程。1845

湯姆森(Sir William Thomson又名Lord Kelvin, 1824-1907)在《關于彈性體平衡方程積分的注記》(Note on the integration of the equation of an elastic soild)中給出了各向同性無限彈性介質在集中力作用下的解,被稱為基本解或開爾文解。1848

基爾荷夫或克希荷夫(Gustav Robert Kirch-hoff.1824-1887)在《彈性板的平衡與運動》(Uber das glei-chewicht und die bewegung einer elastischen scheibe)中提出了直法線假設下的彈性薄板問題與邊界條件的準確提法。1850

麥克斯韋耳(James Clerk Maxwell,1831-1879)在《彈性固體的平衡》(On the equilibrium of ela-stic solids)中開創(chuàng)了用偏陣光進行彈性應力測量的方法。1850摘要,1853全文

拉梅(Gabriel Lame,1795-1870)在《數學彈性理論》(Traite de la Theirie mathematique de l’elasticite)是第一本系統(tǒng)陳述彈性力學的專著。1852在《曲線坐標及其應用》(Lecons sur les coordo-nnees curvilignes et leurs diverses applications)中系統(tǒng)討論了曲線坐標,介紹了它在彈性力學、熱傳導等中的應用,給出了彈性球殼變形解答。1859

蘭金(William Macquorn John Rankine, 1820-1872)在《應用力學手冊》(A Manual of Applied Mechanics)中總結了固體強度方面的實驗及理論結果,提出以拉伸應力作為判據的強度理論,最早把能量與勢能區(qū)分開來。1858

克萊博什(Rudolf Friedrich Alfred Cleb-sch,1833-1872)在《彈性體理論》(Theorie der Elastizitat Fester Korper),后經圣維南翻譯注釋使原書擴大了三倍,書中討論了桿的振動問題,其中初始參數法被稱為克萊博什方法,后來發(fā)展成傳遞矩陣法。1863

亥姆霍茲(Hermann Ludwig Ferdinand von Hel-mholtz,1821-1894)在《論力的守恒》(On the Conser-vation of Force)中總結了能量守恒定律的一般形式。1863

特雷斯卡(Henri Edouard Tresca,1814-1885)在《關于固體的流動》(Memoire us l’ecoulement des corps solides)中最早提出固體按照最大剪切應力的屈服條件,即特雷斯卡條件。1864

達西(Henry Philibert Gaspard Darcy,1803-1858)在《蒂間城市公共自來水,附注D》(Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon. Note D)是關于滲流的達西定律的原始文獻。1865

克勞休斯(Rudolf Julius Emmanuel Clausius, 1822-1888)《熱的機械理論基本方程的若干方便形式》(Uber Verschiedene fur die Anwendung Warmetheorir)中提出了熵的概念,總結出熱力學第一和第二定律。1865德文,1867英文

波爾茲曼(Ludwig Boltzmann,1844-1906)在《氣體分子熱力學的新研究》(Weitere Studien uber das Warmegleichgewicht unter Gasmole-kulen)中從經典力學的觀點解釋熱力學第二定律,開辟了解決不同層次物理現(xiàn)象之間關系的新途徑。1872

傅科(Jean-Bertrand-Leon Foucault,1819- 1868)在《傅科科學論文集》(Recueil des Tra-vaux Scientiques de Leon Foucault)包含了傅科擺與陀螺儀、光速測量的重要論文。1878整理

卡斯提也諾(Carlo Alberto Castigliano, 1847-1884)在《論彈性系統(tǒng)》(Intorno ai sis-temi elastici)中包含了廣泛用于結構分析的卡斯提也諾變分原理。1873

蘭姆(Horace Lamb,1849-1934)在《流體動力學》(Hydro-dynamics)是一本流體力學的百科全書。1879

科瓦列夫斯卡婭(

, 1850-1891)在《剛體繞固定點旋轉的一個問題》(Sur le probleme de la rotation corps solide autour d’un point fixe)中解決了剛體繞定點運動的一種情況。1888

瑞利(Lord Rayleigh,1842-1919)在《聲的理論》(Theory of Sound)中總結了彈性體振動的成果,發(fā)展了計算固有頻率的方法。1877第一版,1894第二版

雷諾(Osborne Reynolds,1842-1912)在《平行渠道阻力的實驗研究情況》(An experimental investigation of the circumstances which determine whether the motion of water shall be direct or sinuous, and of the law of resistance in parallel channels)中提出雷諾數,標志湍流研究的開始。1883

馬赫(Ernst Mach,1838-1916)在《力學史評》(Die Me-chanik in Lhrer Entwicklung Historisch-Kriti-sch Dargestellt)中對經典力學的絕對時空進行了認真的批評,被愛因斯坦稱為廣義相對論的先驅。1883,生前出版6版在《通過空氣投影的照相》(Photographische Fixierung der durch Projektile in der Luft eingeleiten Vorgange)中給出了通過紋影照相的到的超音速流動的相片和研究結果,是最早對超音速流動的研究。1887

赫茲(Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)在《關于彈性體的接觸》(Uber die beruhrung fester elastische korper)中提出并解決了兩個彈性體接觸的變形與應力分布問題,被稱為赫茲接觸問題。1882

布西內斯克(Valentin Joseph Boussinesq, 1842-1929)在《應用勢論研究彈性體的平衡與運動》(Application des po-tentiels a l’etude de l’equilibre et du mouvements des soildes elas-tiques)是繼圣維南《柱體扭轉》后彈性力學方面最重要的文獻,用勢論解決了半平面受集中力的問題、半無限桿的振動問題等。1885

開爾文(Sir William Thomson又名Lord Kelvin, 1824-1907)和臺特(Petter Guthrie Tait,1831-1901)在《自然哲學教程》(Treatise on natural philosophy)中總結了從牛頓到當時的力學成果,對能量守恒給予了關注。1888

阿貝爾(Paul Appell,1855-1930)在《理論力學教程》(Traite de mecanique rationnelle)共5卷1920年前(1893,1896,1903)出版三卷,前3卷中介紹了質點的靜、動力學;分析力學;連續(xù)體力學。是一套影響很大的力學教材。

樂甫(Augustus Edward Hough Love,1863-1940)在《彈性的數學理論教程》(A Treatise on Mathematical Theory of Elasticity)中總結了彈性力學的成就,發(fā)展了薄殼理論。1882-1883分兩卷在《地球動力學的若干問題》(Some Problems of Geodynamics)中總結了從彈性力學來研究地球的一系列成果,成為地球物理研究的基礎。1911

龐加萊(Henrl Poincare,1854-1912)在《天體力學的新方法》(Les Methodes Nouvelles de la Mecanique Celeste)中含有他發(fā)展的周期解問題、定性方法,還包含動力系統(tǒng)混沌的早期思想。1892, 1893,1899分三卷出版

李亞普諾夫(

, 1857 -1918)在《運動的一般穩(wěn)定性》(俄文發(fā)表)中給出了運動穩(wěn)定性的嚴格定義,并給出了兩種判別穩(wěn)定性的方法。

科爾泰沃赫(Diederik Johannes Korteweg, 1848-1941)和德弗里斯(de Vries,1866-1934)在《論長波形狀的變化》(On the change of form of long waves adva-ncing in a rectangular canal and on a new type of long stationary wave)中提出了一種非線性波動方程,被稱為科爾沃赫-德弗里斯方程。1895

貝納爾(Henri Benard,1880-1939)在《加熱薄層液體持續(xù)對流的漩渦胞》(Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquide transpor-tant de la chaleur par convection en regime perma-nent)中總結了由實驗發(fā)現(xiàn)的底部加熱薄層流體對流產生的漩渦胞,被稱為貝納爾胞。1901

恰普霍金(

,1869-1942)在《論氣體射流》(俄文),中發(fā)展了亞音速氣體射流流動理論。1902

齊奧爾科夫斯基(

, 1857-1935)在《利用噴氣工具研究宇宙空間》(俄文)中開始了火箭理論與變質量力學的研究。1903

普朗特(Ludwing Prandtl,1875-1953)在《關于非常小摩擦下的流動》(Uber Flussigkeit-sbewegung bei sehr kleiner Reibung)開創(chuàng)了黏性流體的邊界層理論。1904

巴金漢(Edgar Buckingham,1867-1940)在《論物理上的相似系統(tǒng)》(On physically Similar Systems: Illus-trations of the Use of Dimensional Analysis)中給出了定律,奠定了量綱分析與模型相似率的理論基礎。1914

愛因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)《論運動物體的電動力學》(Zur elektrodynamik bewegter)中提出了狹義相對論。1905在《廣義相對論基礎》(Die grundlage der all-gemeinen relativitatstheorie)是完整闡述廣義相對論的最早論文。1916

儒可夫斯基(

, 1847-1921)在《關于附屬的漩渦》(俄文)中建立了二維機翼的升力理論。1906

科恩(A. Korn)在《關于彈性理論與轉軸彎曲的不等式》(Uber einige ungleichungen welche in der theorie der elastoschen und elektrischen schwingungen eine rolle spoelen)中給出了彈性力學能量正定性的不等式。1909

索維菲(Arnold Sommerfeld,1868-1951)在《對流動轉變?yōu)橥牧鞯慕忉尅?Ein beitrag zur hydrodynamichen erklaung der turbulent flus-sigkeit-sbewegungen)是對層流穩(wěn)定性的較早研究,得到了非自共軛的Orr-Sommerfeld偏微分方程。1909

卡拉索夫(

,1867-1936)在《復變函數在平面彈性的數學理論中的應用》(俄文)中開創(chuàng)了平面彈性力學問題的復變函數解法。1909

馮.卡門(Theodore von Karman,1881-1963)在《機械制造中的強度問題》(Festigkeits probleme in Maschinenbau)給出了較早的薄板大撓度方程。1910在《關于流體中動體的力學實驗》(德文)中首次證明了在流動中圓柱體后的尾渦以交替排列時是穩(wěn)定的,被后人把這種尾渦稱為卡門渦街。1912

馮.米賽斯(Richard von Mises,1883-1953)在《塑性變形固體的力學》(Mechanik der fes-ten korper in plastisch deformablen)中提出固體在一定應力狀態(tài)下的一種屈服條件,被稱為米賽斯條件。1913

伽遼金(