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詩人: 方回 Fang Hui
力學衰猶進，治生晚不讎。
操心元自定，忤俗果何由。
塗抹餘千紙，浮沉等一漚。
忍窮兼耐辱，失笑未包羞。 |
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| 研究機械運動規律及其應用的一門物理學分支學科。按所研究問題的性質，可分為靜力學、運動學和動力學；按所研究對象的性質，可分為質點力學、剛體力學和連續介質力學等。經典力學的理論基礎是牛頓運動定律，它適用於低速、宏觀物體的運動情況。當物體速度與光速接近時，遵循的是相對論力學規律；對微觀粒子，其運動遵循的是量子力學規律。 |
◎ 力學 lìxué ◎ mechanics lìxué |
| 力學不倦 |
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| 自然科學的一個分支,研究能和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關係 |
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| 努力學習。 唐 楊炯 《臥讀書架賦》：“儒有傳經有乎致遠，力學在乎請益。” 宋 王安石 《上仁宗皇帝言事書》：“至於大倫、大法、禮義之際，先王之所力學而守者，蓋不及也。”《醒世恆言·三孝廉讓産立高名》：“在傢躬耕力學，一如我在傢之時，不可懈惰廢業。” |
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| 研究物體機械運動規律的科學，是物理學的一個分科。 |
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力學知識最早起源於對自然現象的觀察和在生産勞動中的經驗。人們在建築、灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、汲水等器具，逐漸積纍起對平衡物體受力情況的認識。古希臘的阿基米德對杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了係統研究，確定它們的基本規律，初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。
古代人還從對日、月運行的觀察和弓箭、車輪等的使用中，瞭解一些簡單的運動規律，如勻速的移動和轉動。但是對力和運動之間的關係，衹是在歐洲文藝復興時期以後纔逐漸有了正確的認識。
伽利略在實驗研究和理論分析的基礎上，最早闡明自由落體運動的規律，提出加速度的概念。牛頓繼承和發展前人的研究成果(特別是開普勒的行星運動三定律)，提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。牛頓運動定律的建立標志着力學開始成為一門科學。
此後，力學的研究對象由單個的自由質點，轉嚮受約束的質點和受約束的質點係。這方面的標志是達朗貝爾提出的達朗貝爾原理，和拉格朗日建立的分析力學。其後，歐拉又進一步把牛頓運動定律用於剛體和理想流體的運動方程，這看作是連續介質力學的開端。
運動定律和物性定律這兩者的結合，促使彈性固體力學基本理論和粘性流體力學基本理論孿生於世，在這方面作出貢獻的是納維、柯西、泊鬆、斯托剋斯等人。彈性力學和流體力學基本方程的建立，使得力學逐漸脫離物理學而成為獨立學科。力學
從牛頓到漢密爾頓的理論體係組成了物理學中的經典力學。在彈性和流體基本方程建立後，所給出的方程一時難於求解，工程技術中許多應用力學問題還須依靠經驗或半經驗的方法解决。這使得19世紀後半葉，在材料力學、結構力學同彈性力學之間，水力學和水動力學之間一直存在着風格上的顯著差別。
20世紀初，隨着新的數學理論和方法的出現，力學研究又蓬勃發展起來，創立了許多新的理論，同時也解决了工程技術中大量的關鍵性問題，如航空工程中的聲障問題和航天工程中的熱障問題等。
這時的先導者是普朗特和卡門，他們在力學研究工作中善於從復雜的現象中洞察事物本質，又能尋找合適的解决問題的數學途徑，逐漸形成一套特有的方法。從20世紀60年代起，計算機的應用日益廣泛，力學無論在應用上或理論上都有了新的進展。
力學在中國的發展經歷了一個特殊的過程。與古希臘幾乎同時，中國古代對平衡和簡單的運動形式就已具備相當水平的力學知識，所不同的是未建立起像阿基米德那樣的理論係統。到明末清初，中國科學技術已顯著落後於歐洲。 |
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物理科學的建立是從力學開始的。在物理科學中，人們曾用純粹力學理論解釋機械運動以外的各種形式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內的運動等。當物理學擺脫了這種機械(力學)的自然觀而獲得健康發展時，力學則在工程技術的推動下按自身邏輯進一步演化，逐漸從物理學中獨立出來。
20世紀初，相對論指出牛頓力學不適用於高速或宇宙尺度內的物體運動；20年代，量子論指出牛頓力學不適用於微觀世界。這反映人們對力學認識的深化，即認識到物質在不同層次上的機械運動規律是不同的。所以通常理解的力學，是指以宏觀的機械運動為研究內容的物理學分支學科。許多帶“力學”名稱的學科，如熱力學、統計力學、相對論力學、電動力學、量子力學等，在習慣上被認為是物理學的其它分支，不屬於力學的範圍。
力學與數學在發展中始終相互推動，相互促進。一種力學理論往往和相應的一個數學分支相伴産生，如運動基本定律和微積分，運動方程的求解和常微分方程，彈性力學及流體力學和數學分析理論，天體力學中運動穩定性和微分方程定性理論等，因此有人甚至認為力學應該也是一門應用數學。但是力學和其它物理學分支一樣，還有需要實驗基礎的一面，而數學尋求的是比力學更帶普遍性的數學關係，兩者有各自不同的研究對象。
力學不僅是一門基礎科學，同時也是一門技術科學，它是許多工程技術的理論基礎，又在廣泛的應用過程中不斷得到發展。當工程學還衹分民用工程學(即土木工程學)和軍事工程學兩大分支時，力學在這兩個分支中就已經起着舉足輕重的作用。工程學越分越細，各個分支中許多關鍵性的進展，都有賴於力學中有關運動規律、強度、剛度等問題的解决。
力學和工程學的結合，促使了工程力學各個分支的形成和發展。現在，無論是歷史較久的土木工程、建築工程、水利工程、機械工程、船舶工程等，還是後起的航空工程、航天工程、核技術工程、生物醫學工程等，都或多或少有工程力學的活動場地。
力學既是基礎科學又是技術科學這種二重性，有時難免會引起分別側重基礎研究和應用研究的力學家之間的不同看法。但這種二重性也使力學家感到自豪，它們為溝通人類認識自然和改造自然兩個方面作出了貢獻。 |
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力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學衹考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關係；動力學討論物體運動和所受力的關係。
力學也可按所研究對象區分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支，流體包括液體和氣體；固體力學和流體力學可統稱為連續介質力學，它們通常都采用連續介質的模型。固體力學和流體力學從力學分出後，餘下的部分組成一般力學。
一般力學通常是指以質點、質點係、剛體、剛體係為研究對象的力學，有時還把抽象的動力學係統也作為研究對象。一般力學除了研究離散係統的基本力學規律外，還研究某些與現代工程技術有關的新興學科的理論。
一般力學、固體力學和流體力學這三個主要分支在發展過程中，又因對象或模型的不同出現了一些分支學科和研究領域。屬於一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀蠃力學、運動穩定性等；屬於固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等；流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支匯合而成，現在則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交叉結果又産生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。
力學也可按研究時所采用的主要手段區分為三個方面：理論分析、實驗研究和數值計算。實驗力學包括實驗應力分析、水動力學實驗和空氣動力實驗等。着重用數值計算手段的計算力學，是廣泛使用電子計算機後纔出現的，其中有計算結構力學、計算流體力學等。對一個具體的力學課題或研究項目，往往需要理論、實驗和計算這三方面的相互配合。
力學在工程技術方面的應用結果形成工程力學或應用力學的各種分支，諸如土力學、岩石力學、爆炸力學復合材料力學、工業空氣動力學、環境空氣動力學等。
力學和其他基礎科學的結合也産生一些交又性的分支，最早的是和天文學結合産生的天體力學。在20世紀特別是60年代以來，出現更多的這類交叉分支，其中有物理力學、化學流體動力學、等離子體動力學、電流體動力學、磁流體力學、熱彈性力學、理性力學、生物力學、生物流變學、地質力學、地球動力學、地球構造動力學、地球流體力學等。
20世紀以來，力學有了很大的發展，創立了一係列重要的新概念、新理論和新方法。力學與其它學科的交叉和融合日顯突出，形成了許多力學交叉學科：力學與物理學的交叉形成了物理力學，與生命科學的交叉形成了生物力學，與環境科學和地學的交叉形成了環境力學，以及爆炸力學、等離子體力學等都形成了力學的新的學科生長點，不斷地豐富着力學的研究內容和方法，並使力學學科始終保持着旺盛的生命力。同時，人類社會和經濟發展的更高需求將不斷促進力學與其他學科的交叉，促進力學交叉學科發展到一個嶄新的階段。 |
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1.物體運動三定律。
2.達朗貝爾原理
3.分析力學理論
4連續介質力學理論
5.彈性固體力學基本理論
6.粘性流體力學基本理論 |
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力學研究方法遵循認識論的基本法則：實踐——理論——實踐。
力學家們根據對自然現象的觀察，特別是定量觀測的結果，根據生産過程中積纍的經驗和數據，或者根據為特定目的而設計的科學實驗的結果，提煉出量與量之間的定性的或數量的關係。為了使這種關係反映事物的本質，力學家要善於抓住起主要作用的因素，屏棄或暫時屏棄一些次要因素。
力學中把這種過程稱為建立模型。質點、質點係、剛體、彈性固體、粘性流體、連續介質等是各種不同的模型。在模型的基礎上可以運用已知的力學或物理學的規律，以及合適的數學工具，進行理論上的演繹工作，導出新的結論。
依據所得理論建立的模型是否合理，有待於新的觀測、工程實踐或者科學實驗等加以驗證。在理論演繹中，為了使理論具有更高的概括性和更廣泛的適用性，往往采用一些無量綱參數如雷諾數、馬赫數、泊鬆比等。這些參數既反映物理本質，又是單純的數字，不受尺寸、單位製、工程性質、實驗裝置類型的牽製。
力學研究工作方式是多樣的：有些衹是純數學的推理，甚至着眼於理論體係在邏輯上的完善化；有些着重數值方法和近似計算；有些着重實驗技術等等。而更大量的則是着重在運用現有力學知識，解决工程技術中或探索自然界奧秘中提出的具體問題。
現代的力學實驗設備，諸如大型的風洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目，需要多工種、多學科的協作。應用研究更需要對應用對象的工藝過程、材料性質、技術關鍵等有清楚的瞭解。在力學研究中既有細緻的、獨立的分工，又有綜合的、全面的協作。 |
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力學是物理學、天文學和許多工程學的基礎，機械、建築、航天器和船艦等的合理設計都必須以經典力學為基本據。機械運動是物質運動的最基本的形式。機械運動亦即力學運動。
在力學理論的指導或支持下取得的工程技術成就不勝枚舉。最突出的有：以人類登月、建立空間站、航天飛機等為代表的航天技術；以速度超過5倍聲速的軍用飛機、起飛重量超過300t、尺寸達大半個足球場的民航機為代表的航空技術；以單機功率達百萬千瓦的汽輪機組為代表的機械工業，可以在大風浪下安全作業的單臺價值超過10億美元的海上採油平臺；以排水量達5×105t的超大型運輸船和航速可達30多節、深潛達幾百米的潛艇為代表的船舶工業；可以安全運行的原子能反應堆；在地震多發區建造高層建築；正在陸上運輸中起着越來越重要作用的高速列車，等等，甚至如兩彈引爆的核心技術，也都是典型的力學問題。
總之還有許多的問題。 |
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| 1687年7月出版的《自然哲學的數學原理》（拉丁文：Philosophiae Naturalis Principia Mathematica），牛頓介紹了力學的基本運動三定律與基本的力學量。 |
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1.阿基米德
古希臘的阿基米德對杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了係統研究，確定它們的基本規律，初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。
2.伽利略
伽利略在實驗研究和理論分析的基礎上，最早闡明自由落體運動的規律，提出加速度的概念。
3.牛頓
牛頓繼承和發展前人的研究成果(特別是開普勒的行星運動三定律)，提出物體運動三定律。
4.阿爾伯特·愛因斯坦
相對論的創建人，對牛頓力學的諸多問題進行整改、修復和完善，開啓了物理學的新紀元。 |
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（１）固體力學
經典的連續介質力學將可能會被突破。新的力學模型和體係，將會概括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及這些因素的演化，從而使復合材料(包括陶瓷、聚合物和金屬)的強化、韌化和功能化立足於科學的認識之上。
固體力學將融匯力-熱-電-磁等效應。機械力與熱、電、磁等效應的相互轉化和控製，目前大都還限於測量和控製元件上，但這些效應的結合孕育着極有前途的新機會。近來出現的數百層疊合膜“摩天大廈”式的微電子元器件，已迫切要求對這類力-熱-電耦合效應做深入的研究。以“Mechronics”為代表的微機械、微工藝、微控製等方面的發展，將會極大地推動對力-熱-電-磁耦合效應的研究。
（2）流體力學
今後，空天飛機和新一代的超聲速民航機的成功研製將首先取决於流體力學的進展。在有關的高溫空氣動力學中必須放棄原先的熱力學平衡的假定。吸氣式發動機中H2，O2在超聲速流動狀態下的混合、點火等，都是過去的理論和實踐未能解决的難題。超聲速流邊界層的控製、減阻以及降噪控製等也帶來一係列新問題。
（3）一般力學
一般力學近來已開始進入生物體運動問題的研究，研究了人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學問題。這種在宏觀範圍內對生物體進行的研究，已經帶來了一些新的結果。億萬年生物進化的結果，的確把優化的運動機能賦與了生存下來的物種。對其進一步研究，可以提供生物進化方向的理性認識，也可為人類進一步提高某些機構或機械的性能提供方向性的指導。以下幾個方面的問題應當給予充分重視：(1)固體的非平衡/不可逆熱力學理論；(2)塑性與強度的統計理論；(3)原子乃至電子層次上子係統(原子鍵，位錯，空位等缺陷)的動力學理論。為深入進行這些研究，應當充分利用與開發計算機模擬(如分子動力學)和現代宏、細、微觀實驗與觀測技術。 工科離不開力學，在工科基礎課中，開設了不同的力學課程：理論力學，假設物體不發生變形，用傳統數學物理方法研究一切質點，物體的運動，靜力學和動力學原理，機械原理的理論基礎。材料力學，傳統方法研究物體在各種載荷下，包括靜力，靜扭矩，靜彎矩，振動，碰撞等，機械零部件和裝配設計，機械加工的理論基礎。流體力學，研究一切流體在容器、管道中運動規律和力學特性，液壓、氣動、熱分析的理論基礎。分析力學，使用計算數學方法分析力學有限元素法，把受力對象拆解成有限個元素，對每個元素進行受力分析，通過聯立偏微分方程組，用泛函求解，計算出每個元素，每個節點的應力應變。聯立方程組可化為剛度矩陣和自由度組成的矩陣方程。
（4）生物力學
當今生物力學發展正經歷着深刻的變化。生命科學與包括力學在內的基礎和工程科學交叉、融合目前已愈來愈成為當今生命科學的研究熱點，同時也是力學學科的新生長點。基礎研究逐步精細化及定量化，大量數據的積纍要求模型化及數學化，為生物力學研究開闢了新的用武之地。現代分子和細胞生物學既提出大量新課題，又帶來了許多新工具，推動着生物力學由宏觀嚮微（細）觀深入、並強調宏-微（細）觀相結合。實際應用的不斷涌現，催生着以解决與應用相關的工程技術問題為目標的新的生物工程學。這一新的生物工程學遠遠超出了基於微生物的、以發酵工程為標志的生物技術及以醫療儀器研發為目標的生物醫學儀器這兩個傳統的領域。不斷尋求新的力學和物理原理與方法，與生命科學及其它基礎和工程科學進一步融合，已成為當今生物力學發展的主要特色。當今生物力學正經歷從“X × Bio = Bio-X”（交叉）到“Bio × X = X-Bio”（融合）的轉變。在基礎研究層面上，它將與生物物理學、生物數學、生物信息學、生物化學等緊密結合，重點研究生物學的定量化和精確化問題；在應用研究層面上，組織工程、藥物設計與輸運、血流動力學、骨-肌肉-關節力學等正在或已經得到臨床或工業界的認同，其核心是解决關鍵技術問題。
當前生物力學的發展特點可大致歸納為：內涵擴大（生物醫學工程；生物工程），有機融合（生命科學與基礎和工程科學），微觀深入（細胞-亞細胞-分子層次；定量生物學），以及宏觀-微觀相結合（組織工程、器官力學；信息整合與係統生物學）。宏觀生物力學研究仍為主流，但宏觀-微觀相結合、微觀生物力學研究發展十分迅速。當前生物力學發展的前沿領域主要包括：1）細胞-分子力學；2）器官-組織力學；3）骨骼-肌肉-關節力學；4）生物力學新概念、新技術與新方法等。
（5）環境力學
環境力學是力學與環境科學相互結合而形成一門新興交叉學科，主要研究自然環境中的變形、破壞、流動、遷移及其伴隨的物理、化學、生物過程和導致的物質、動量、能量輸運，定量化描述環境的演化規律和對人類生存環境的影響。環境力學的發展十分有利於深化人們對環境問題中的物理過程和基本規律的認識，促進環境問題的定量化研究。
21世紀的環境力學研究，既要註重學科發展的自身規律和要求，又要緊密結合國傢需求和工程實際，將機理研究、規律分析與防治措施有機地結合起來。結合我國的經濟和社會發展需求，我國的環境力學研究必須抓住一個基礎（復雜介質流動和多過程耦合）、兩個經濟發展地區（西部和沿海）、三個方面（水環境、大氣環境、災害與安全），確立重點發展領域，促進學科的發展。
一方面，強調環境力學中的共性科學問題，包括：(1)環境流動與輸運的基本方程和求解方法；(2)氣、液、固界面的耦合；(3)多相、多組分、多過程，以及多尺度的耦合分析等；(4)“環境力學”中模型實驗的尺度效應問題等。
另一方面，瞄準西部開發和沿海經濟開發，以及重大工程和影響的實際環境問題，包括：(1) 西部幹旱、半幹旱環境治理的動力學過程 —土壤侵蝕機理、沙塵暴形成和輸送機理、以及荒漠化治理；(2)以水或氣為載體的物質輸運過程—污染物排放過程的精確預報、河口海岸泥沙、污染物輸運及其對生態環境的影響規律；(3)重大環境災害發生機理及預報— 熱帶氣旋、風暴潮/洪水預測、滑坡/泥石流産生機理、全球變暖等 |
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力學
Mechanics
力學(meehanics)
就其本義來說，力學是研究係統在受力作用時
的行為的科學。靜力學研究作用力不引起運動或者
所引起運動是無關緊要時的情況，動力學研究作用
力所引起的運動的性質。按照係統的類型和所涉及
的現象，力學再劃分為若幹分支。
一個重要的區別是以係統的尺寸大小為依據
的。尺寸足夠大的係統可以用天體力學的牛頓定律
合適地描述。屬於這個範疇的，例如天體力學，是研
究行星、恆星以及其他天體運動的科學;流體力學，
是按宏觀尺度研究液體和氣體運動的科學.流體力
學是一個更大學科，即所謂連續介質力學的一部分。
連續介質力學被某些物理學家稱為經典場論，它包
括了任何一種基本上連續分佈的物質，不論是剛性
的、彈性的、塑性的，或者是流體.而另一方面，微
觀係統，諸如分子、原子和核子的係統，則衹能用t
子力學的概念和數學方法加以解釋.
量子力學從一開始就有明顯不同的兩種數學形
式:其一是薛定謬的波動力學，強調量子狀態中的空
間概率分佈;另一種是海森伯的矩陣力學，強調狀態
間的躍遷。現在知道，兩者是等價的。
力學還可以劃分為非相對論性力學和相對論性
力學，後者應用於物質速度可以同光速相比擬的係
統。這種區別在經典力學和量子力學裏都存在。
最後，在統計力學裏，對於具有極大數目的相似
子係統的經典係統和量子係統，都采用了統計方法，
藉以求得這些係統的大範圍性質.參閱“天體力學”
(eelestial meehanies)、“動力學”(dynamies)、“經典
場論”(elassieal field theory)、“流體力學”(fluid me-
ehanies)、“經典力學”(elassieal meehanies)、“1子
力學”(quantum meehanies)、“相對論性力學”(rela-
tivistic meehanie:)、“靜力學”(staties)、“統計力
學”(statistieal meehanies)各條。
〔古德受(B.Goodman)撰」
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- n.: dynamics, mechanics, science of motion and force, science of machinery
- v.: study hard, study with diligence or industry, study hard, mechanics (in physics)
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- n. mécanique
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動力學
機械學 |
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