力 學(xué) 概 述（三）

力學(xué)的分支學(xué)科主要包括一下方面         靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、分析力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、固體力學(xué)、材料力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、流變學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、爆炸力學(xué)、磁流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、理性力學(xué)、物理力學(xué)、天體力學(xué)、生物力學(xué)、計(jì)算力學(xué) 。
下面給大家一一進(jìn)行介紹。
　　靜力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律，以及如何建立各種力系的平衡條件。
　　平衡是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特殊形式，嚴(yán)格地說(shuō)，物體相對(duì)于慣性參照系處于靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，即加速度為零的狀態(tài)都稱為平衡。對(duì)于一般工程問(wèn)題，平衡狀態(tài)是以地球?yàn)閰⒄障荡_定的。靜力學(xué)還研究力系的簡(jiǎn)化和物體受力分析的基本方法。
　　靜力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史
　　從現(xiàn)存的古代建筑，可以推測(cè)當(dāng)時(shí)的建筑者已使用了某些由經(jīng)驗(yàn)得來(lái)的力學(xué)知識(shí)，并且為了舉高和搬運(yùn)重物，已經(jīng)能運(yùn)用一些簡(jiǎn)單機(jī)械(例如杠桿、滑輪和斜面等)。
　　靜力學(xué)是從公元前三世紀(jì)開(kāi)始發(fā)展，到公元16世紀(jì)伽利略奠定動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)為止。這期間經(jīng)歷了西歐奴隸社會(huì)后期，封建時(shí)期和文藝復(fù)興初期。因農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)的要求，以及同貿(mào)易發(fā)展有關(guān)的精密衡量的需要，推動(dòng)了力學(xué)的發(fā)展。人們?cè)谑褂煤?jiǎn)單的工具和機(jī)械的基礎(chǔ)上，逐漸總結(jié)出力學(xué)的概念和公理。例如，從滑輪和杠桿得出力矩的概念；從斜面得出力的平行四邊形法則等。
　　阿基米德是使靜力學(xué)成為一門(mén)真正科學(xué)的奠基者。在他的關(guān)于平面圖形的平衡和重心的著作中，創(chuàng)立了杠桿理論，并且奠定了靜力學(xué)的主要原理。阿基米德得出的杠桿平衡條件是：若杠桿兩臂的長(zhǎng)度同其上的物體的重量成反比，則此二物體必處于平衡狀態(tài)。阿基米德是第一個(gè)使用嚴(yán)密推理來(lái)求出平行四邊形、三角形和梯形物體的重心位置的人，他還應(yīng)用近似法，求出了拋物線段的重心。
　　著名的意大利藝術(shù)家、物理學(xué)家和工程師達(dá)·芬奇是文藝復(fù)興時(shí)期首先跳出中世紀(jì)煩瑣科學(xué)人們中的一個(gè)，他認(rèn)為實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用數(shù)學(xué)解決力學(xué)問(wèn)題有巨大意義。他應(yīng)用力矩法解釋了滑輪的工作原理；應(yīng)用虛位移原理的概念來(lái)分析起重機(jī)構(gòu)中的滑輪和杠桿系統(tǒng)；在他的一份草稿中，他還分析了鉛垂力奇力的分解；研究了物體的斜面運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)摩擦阻力，首先得出了滑動(dòng)摩擦阻力同物體的摩擦接觸面的大小無(wú)關(guān)的結(jié)論。
　　對(duì)物體在斜面上的力學(xué)問(wèn)題的研究，最有功績(jī)的是斯蒂文，他得出并論證了力的平行四邊形法則。靜力學(xué)一直到伐里農(nóng)提出了著名的伐里農(nóng)定理后才完備起來(lái)。他和潘索多邊形原理是圖解靜力學(xué)的基礎(chǔ)。
　　分析力學(xué)的概念是拉格朗日提出來(lái)的，他在大型著作《分析力學(xué)》中，根據(jù)虛位移原理，用嚴(yán)格的分析方法敘述了整個(gè)力學(xué)理論。虛位移原理早在1717年已由伯努利指出，而應(yīng)用這個(gè)原理解決力學(xué)問(wèn)題的方法的進(jìn)一步發(fā)展和對(duì)它的數(shù)學(xué)研究卻是拉格朗日的功績(jī)。
　　靜力學(xué)的內(nèi)容
　　靜力學(xué)的基本物理量有三個(gè)：力、力偶、力矩。
　　力的概念是靜力學(xué)的基本概念之一。經(jīng)驗(yàn)證明，力對(duì)已知物體的作用效果決定于：力的大小(即力的強(qiáng)度)；力的方向；力的作用點(diǎn)。通常稱它們?yōu)榱Φ娜亍ＡΦ娜乜梢杂靡粋€(gè)有向的線段即矢量表示。
　　凡大小相等方向相反且作用線不在一直線上的兩個(gè)力稱為力偶，它是一個(gè)自由矢量，其大小為力乘以二力作用線間的距離，即力臂，方向由右手螺旋定則確定并垂直于二力所構(gòu)成的平面。
　　力作用于物體的效應(yīng)分為外效應(yīng)和內(nèi)效應(yīng)。外效應(yīng)是指力使整個(gè)物體對(duì)外界參照系的運(yùn)動(dòng)變化；內(nèi)效應(yīng)是指力使物體內(nèi)各部分相互之間的變化。對(duì)剛體則不必考慮內(nèi)效應(yīng)。靜力學(xué)只研究最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即平衡。如果兩個(gè)力系分別作用于剛體時(shí)所產(chǎn)生的外效應(yīng)相同，則稱這兩個(gè)力系是等效力系。若一力同另一力系等效，則這個(gè)力稱為這一力系的合力。
　　靜力學(xué)的全部?jī)?nèi)容是以幾條公理為基礎(chǔ)推理出來(lái)的。這些公理是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中積累起來(lái)的關(guān)于力的知識(shí)的總結(jié)，它反映了作用在剛體上的力的最簡(jiǎn)單最基本的屬性，這些公理的正確性是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的，但不能用更基本的原理來(lái)證明。
　　靜力學(xué)的研究方法有兩種：一種是幾何的方法，稱為幾何靜力學(xué)或稱初等靜力學(xué)；另一種是分析方法，稱為分析靜力學(xué)。
　　幾何靜力學(xué)可以用解析法，即通過(guò)平衡條件式用代數(shù)的方法求解未知約束反作用力；也可以用圖解法，即以力的多邊形原理和伐里農(nóng)——潘索提出的索多邊形原理為基礎(chǔ)，用幾何作圖的方法來(lái)研究靜力學(xué)問(wèn)題。分析靜力學(xué)是拉格朗日提出來(lái)的，它以虛位移原理為基礎(chǔ)，以分析的方法為主要研究手段。他建立了任意力學(xué)系統(tǒng)平衡的一般準(zhǔn)則，因此，分析靜力學(xué)的方法是一種更為普遍的方法。
　　靜力學(xué)在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。例如對(duì)房屋、橋梁的受力分析，有效載荷的分析計(jì)算等。