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力學簡介

物理學的一個分支學科。它是研究物體的機械運動和平衡規(guī)律及其應用的。力學可分為靜力學、運動學和動力學三部分。靜力學是以討論物體在外力作用下保持平衡狀態(tài)的條件為主。運動學是撇開物體間的相互作用來研究物體機械運動的描述方法，而不涉及引起運動的原因。動力學是討論質(zhì)點系統(tǒng)所受的力和壓力作用下發(fā)生的運動兩者之間的關系。力學也可按所研究物體的性質(zhì)分為質(zhì)點力學、剛體力學和連續(xù)介質(zhì)力學。連續(xù)介質(zhì)通常分為固體和流體，固體包括彈性體和塑性體，而流體則包括液體和氣體。

16世紀到17世紀間，力學開始發(fā)展為一門獨立的、系統(tǒng)的學科。伽利略通過對拋體和落體的研究，提出慣性定律并用以解釋地面上的物體和天體的運動。17世紀末牛頓提出力學運動的三條基本定律，使經(jīng)典力學形成系統(tǒng)的理論。根據(jù)牛頓三定律和萬有引力定律成功地解釋了地球上的落體運動規(guī)律和行星的運動軌道。此后兩個世紀中在很多科學家的研究與推廣下，終于成為一門具有完善理論的經(jīng)典力學。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，對于高速運動物體，必須用相對力學來代替經(jīng)典力學，因為經(jīng)典力學不過是物體速度遠小于光速的近似理論。20世紀20年代量子力學得到發(fā)展，它根據(jù)實物粒子和光子具有粒子和波動的雙重性解釋了經(jīng)典力學不能解釋的微觀現(xiàn)象，并且在微觀領域給經(jīng)典力學限定了適用范圍。

經(jīng)典力學

經(jīng)典力學的基本定律是牛頓運動定律或與牛頓定律有關且等價的其它力學原理，它是20世紀以前的力學，有兩個基本假定：其一是假定時間和空間是絕對的，長度和時間間隔的測量與觀測者的運動無關，物質(zhì)間相互作用的傳遞是瞬時到達的;其二是一切可觀測的物理量在原則上可以無限精確地加以測定。20世紀以來，由于物理學的發(fā)展，經(jīng)典力學的局限性暴露出來。如第一個假定，實際上只適用于與光速相比的低速運動情況。在高速運動情況下，時間和長度不能再認為與觀測者的運動無關。第二個假定只適用于宏觀物體。在微觀系統(tǒng)中，所有物理量在原則上不可能同時被精確測定。因此經(jīng)典力學的定律一般只是宏觀物體低速運動時的近似定律。

牛頓力學

它是以牛頓運動定律為基礎，在17世紀以后發(fā)展起來的。直接以牛頓運動定律為出發(fā)點來研究質(zhì)點系統(tǒng)的運動，這就是牛頓力學。它以質(zhì)點為對象，著眼于力的概念，在處理質(zhì)點系統(tǒng)問題時，須分別考慮各個質(zhì)點所受的力，然后來推斷整個質(zhì)點系統(tǒng)的運動。牛頓力學認為質(zhì)量和能量各自獨立存在，且各自守恒，它只適用于物體運動速度遠小于光速的范圍。牛頓力學較多采用直觀的幾何方法，在解決簡單的力學問題時，比分析力學方便簡單。

分析力學

經(jīng)典力學按歷史發(fā)展階段的先后與研究方法的不同而分為牛頓力學及分析力學。1788年拉格朗日發(fā)展了歐勒·達朗伯等人的工作，發(fā)表了“分析力學”。分析力學處理問題時以整個力學系統(tǒng)作為對象，用廣義坐標來描述整個力學系統(tǒng)的位形，著眼于能量概念。在力學系統(tǒng)受到理想約束時，可在不考慮約束力的情況下來解決系統(tǒng)的運動問題。分析力學較多采用抽象的分析方法，在解決復雜的力學問題時顯出其優(yōu)越性。

理論力學

是力學與數(shù)學的結(jié)合。理論力學是數(shù)學物理的一個組成部分，也是各種應用力學的基礎。它一般應用微積分、微分方程、矢量分析等數(shù)學工具對牛頓力學作深入的闡述并對分析力學作系統(tǒng)的介紹。由于數(shù)學更深入地應用于力學這個領域，使力學更加理論化。

運動學

用純粹的解析和幾何方法描述物體的運動，對物體作這種運動的物理原因可不考慮。亦即從幾何方面來研究物體間的相對位置隨時間的變化，而不涉及運動的原因。

動力學

討論質(zhì)點系統(tǒng)所受的力和在力作用下發(fā)生的運動兩者之間的關系。以牛頓定律為基礎，根據(jù)不同的需要提出了各種形式的動力學基本原理，如達朗伯原理、拉格朗日方程、哈密頓原理，正則方程等。根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)時狀態(tài)以及內(nèi)部各部分間的相互作用和系統(tǒng)與它周圍環(huán)境之間的相互作用可預言將要發(fā)生的運動。

彈性力學

它是研究彈性體內(nèi)由于受到外力的作用或溫度改變等原因而發(fā)生的應力，形變和位移的一門學科，故又稱彈性理論。彈性力學通常所討論的是理想彈性體的線性問題。它的基本假定是：物體是連續(xù)、均勻和各向同性的;物體是完全彈性體;在施加負載前，體內(nèi)沒有初應力;物體的形變十分微小。根據(jù)上述假定，對應力和形變關系而作的數(shù)學推演常稱為數(shù)學彈性力學。此外還有應用彈性力學。如物體形變不是十分微小，可用非線性彈性理論來研究。若物體內(nèi)部應力超過了彈性極限，物體將進入非完全彈性狀態(tài)。此時則必須用塑性理論來研究。

連續(xù)介質(zhì)力學

它是研究質(zhì)量連續(xù)分布的可變形物體的運動規(guī)律，主要討論一切連續(xù)介質(zhì)普遍遵從的力學規(guī)律。例如，質(zhì)量守恒、動量和角動量定理、能量守恒等。彈性體力學和流體力學有時綜合討論稱為連續(xù)介質(zhì)力學。

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（責任編輯：xy）

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