力學(xué)主要分支的建立（19世紀）
19世紀,歐洲主要國家相繼完成了產(chǎn)業(yè)革命.以機器為主體的工廠制度代替了手工業(yè)和工場手工業(yè).大機器生產(chǎn)對力學(xué)提出更高的要求.客觀現(xiàn)實促進了力學(xué)在工程技術(shù)和應(yīng)用方面的發(fā)展.另一方面,一些學(xué)者又竭力實現(xiàn)力學(xué)體系的完善化,把力學(xué)同當時蓬勃發(fā)展的數(shù)學(xué)理論廣泛結(jié)合,促使力學(xué)原理的應(yīng)用范圍從質(zhì)點系、剛體擴大到可變固體和流體.彈性固體和粘性流體的基本方程同時誕生,標志著數(shù)學(xué)彈性力學(xué)和水動力學(xué)兩分支的建立,也標志著力學(xué)開始從物理學(xué)中分離出來.
結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué) 19世紀中固體方面的力學(xué)的發(fā)展，除材料力學(xué)更趨完善并逐漸
發(fā)展為桿件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)外,主要是數(shù)學(xué)彈性力學(xué)的建立。材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)與當時土木建筑技術(shù)、機械制造、交通運輸?shù)让芮邢嚓P(guān)，而彈性力學(xué)在當時很少有直接的應(yīng)用背景，主要是為探索自然規(guī)律而作的基礎(chǔ)研究。
1807年T.楊提出彈性模量的概念,指出剪切和伸縮一樣,也是一種彈性變形.雖然楊氏模量的形式與現(xiàn)代定義不一樣,但楊的工作成為彈性理論建立的前奏。彈性力學(xué)基本方程建立后A.J.C.B.de圣維南著手方程求解，得到一些有價值的原則結(jié)果。
水力學(xué)和水動力學(xué) 這一時期內(nèi)有關(guān)流體方面的力學(xué)發(fā)展情況類似于固體方面，在實踐
的推動下水力學(xué)發(fā)展出不少經(jīng)驗公式或半經(jīng)驗公式；另一方面在數(shù)學(xué)理論上zui主要的進展是粘性流體運動基本方程，即納維-斯托克斯方程的建立。
力學(xué)知識zui早起源于對自然現(xiàn)象的觀察和生產(chǎn)勞動中的經(jīng)驗。人們在建筑、灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、吸水器具，逐漸積累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、物體在水中受到浮力等作了系統(tǒng)的研究，確定它們的基本規(guī)律，初步奠定了靜力學(xué)即平衡理論的基礎(chǔ)。古代人還從對日、月運行的觀察和弓箭、車輪等使用中了解一些簡單的運動規(guī)律，如勻速的移動和轉(zhuǎn)動。但是對力和運動之間的關(guān)系，只是在歐洲文藝復(fù)興時期以后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(chǔ)上，zui早闡明自由落體運動的規(guī)律，提出加速度的概念。I.牛頓繼承和發(fā)展前人的研究成果（特別是J.開普勒的行星運動三定律）,提出物體三定律.伽利略、牛頓奠定了動力學(xué)的基礎(chǔ)。牛頓運動定律的建立標志著力學(xué)開始成為一門科學(xué)。此后力學(xué)的進展在于它所考慮的對象由單個的自由質(zhì)點轉(zhuǎn)向受約束的質(zhì)點系；這方面的標志是J.Ie.R.達朗伯提出的達朗伯原理和J.-L.拉格朗日建立的分析力學(xué)。L.歐拉又進一步把牛頓運動定律推廣用于剛體和理想流體的運動方程。歐拉建立理想流體的力學(xué)方程可看作是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的肇端。至此以前，有關(guān)固體的彈性、流體的粘性、氣體的可壓縮性等的物質(zhì)屬性方程已經(jīng)陸續(xù)建立。運動定律和物性定律這二者的結(jié)合，促使彈性固體力學(xué)基本理論和粘性流體力學(xué)基本理論孿生于世。在這方面作出貢獻的是C.-L.-M.-H.納維、A.-L.柯西、S.-D.泊松、G.G.斯托克斯等人。彈性力學(xué)和流體力學(xué)基本方程建立，使得力學(xué)逐漸脫離物理學(xué)而成為獨立學(xué)科。另一方面，從拉格朗日分析力學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的哈密頓體系，繼續(xù)在物理系中起作用。從牛頓到哈密頓的理論體系組成物理學(xué)中的經(jīng)典力學(xué)和牛頓力學(xué)。在彈性和流體基本方程建立后,所給出的方程一時難以求解，工程技術(shù)中許多應(yīng)用力學(xué)問題還須依靠經(jīng)驗或半經(jīng)驗的方法解決。這使得19世紀后半葉在材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)同彈性力學(xué)之間，水利學(xué)和水動力學(xué)之間一直存在著風格上的顯著差別.到20世紀初,在流體力學(xué)和固體力學(xué)中，實際應(yīng)用同數(shù)學(xué)理論的上述兩個方面開始結(jié)合，此后力學(xué)便蓬勃發(fā)展起來，創(chuàng)立了許多新理論，同時也解決了工程技術(shù)中大量的關(guān)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。這種理論和實際密卻結(jié)合的力學(xué)的先導(dǎo)者是L.普朗特和T.von卡門。他們在力學(xué)研究工作中善于從復(fù)雜的現(xiàn)象中洞察事物本質(zhì)，又能尋找合適的解決問題的數(shù)學(xué)途徑，逐漸形成一套*的方法。從60年代起，電子計算機應(yīng)用日廣，力學(xué)無論在應(yīng)用上或理論上都有了新的發(fā)展。力學(xué)繼承它過去同航空和航天工程技術(shù)結(jié)合的傳統(tǒng)，在同其他各種工程技術(shù)以及同自然科學(xué)的其他學(xué)科的結(jié)合中，開拓自己新的應(yīng)用領(lǐng)域。
力學(xué)在中國的發(fā)展經(jīng)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(xué)知識，所不同的是未建立起象阿基米德那樣的理論系統(tǒng)。在文藝復(fù)興前的約一千年時間內(nèi)，整個歐洲的科學(xué)技術(shù)進展緩慢，而中國科學(xué)技術(shù)的綜合性成果甚稱，其中有些在當時世界居于地位。這些成果反映出豐富的力學(xué)知識，但終未形成系統(tǒng)的力學(xué)理論。到明末清初，中國科學(xué)技術(shù)已顯著落后于歐洲。經(jīng)過曲折的過程，到19世紀中葉，牛頓力學(xué)才由歐洲傳入中國。以后，中國力學(xué)的發(fā)展便隨同世界潮流前進。
經(jīng)典力學(xué)的建立（17世紀初－18世紀末）
近二百年中，歐洲資本主義生產(chǎn)方式陸續(xù)取代了封建的生產(chǎn)方式。商業(yè)和航海的迅速發(fā)展，需要科學(xué)技術(shù)。17世紀中葉，歐洲各國紛紛成立科學(xué)院，創(chuàng)辦科學(xué)期刊。航海需要觀測，天文觀測和對天體運動規(guī)律的研究受到重視。從力學(xué)學(xué)科本身說，天體受力和運動比地上物體的受力和運動單純。因此，力學(xué)中的規(guī)律往往首先在天體運行研究中被發(fā)現(xiàn)。
動力學(xué) 伽利略對動力學(xué)的主要貢獻是他的慣性原理和加速度實驗。他研究了地面
上自由落體、斜面運動、拋射體等運動, 建立了加速度概念并發(fā)現(xiàn)了勻加速運動的規(guī)律。C.惠更斯在動力學(xué)研究中提出向心力、離心力、轉(zhuǎn)動慣量、復(fù)擺的擺動中心等重要概念。I.牛頓繼承和發(fā)展了這些成，提出物體運動規(guī)律和萬有引力定律。運動三定律是:
*定律: 任何一個物體將保持它的靜止狀態(tài)或作勻速直線運動，除非有施加
于它的力迫使它改變此狀態(tài)。
第二定律: 物體運動量的改變與施加于的力成正比，并發(fā)生于該力的作用線方
向上。
第三定律: 對于任何一個作用必有一個大小相等而方向相反的反作用。
歐拉是繼牛頓以后對力學(xué)貢獻zui多的學(xué)者.除了對剛體運動列出運動方程和動力學(xué)方程并求得一些解外,他對彈性穩(wěn)定性作了開創(chuàng)性的研究,并開辟了流體力學(xué)的理論分析,奠定了理想流體力學(xué)的基礎(chǔ),在這一時期經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建和下一時期彈性力學(xué)、流體力學(xué)成長為獨立分支之間,他起到了承上啟下的作用.
靜力學(xué)和運動學(xué) 靜力學(xué)和運動學(xué)可以看作是動力學(xué)的組成部分,但又具有獨立的性
質(zhì).它們是在動力學(xué)之前產(chǎn)生的,又可以看作是動力學(xué)產(chǎn)生的前提。斯蒂文從“*運動不可能”公設(shè)出發(fā)論證力的平行四邊形法則，他還在前人用運動學(xué)的觀點解釋平衡條件的基礎(chǔ)上，得到虛位移原理的初步形式。為拉格朗日的分析力學(xué)提供依據(jù)。力系的簡化和平衡的系統(tǒng)理論，即靜力學(xué)的體系的建立則是L.潘索在《靜力學(xué)原理》一書中完成的。在運動學(xué)方面,伽利略提出加速度以后，惠更斯考慮點在曲線運動中的加速度。剛體運動學(xué)的研究成果則屬于歐拉、潘索。物理學(xué)家A.-M安培提出“運動學(xué)”一詞，并建議把運動學(xué)作為力學(xué)的獨立部分。至此，力學(xué)明確分為靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)三部分。
固體和流體的物性 在建立運動和平衡基本定律的同時，有關(guān)物質(zhì)力學(xué)性能的基本定
律也在實驗的基礎(chǔ)上建立起來。R.胡克1660年在實驗室中發(fā)現(xiàn)彈性體的力和變形之間存在著正比關(guān)系。在流體方面，B.帕斯卡指出不可壓縮靜止流體各向壓力（壓強）相同。牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中指出流體阻力與速度差成正比，這是粘性流體剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之間正比關(guān)系的zui初形式.1636年M.梅森測量了聲音的速度。R.玻意耳于1662年和E.馬略特于1676年各自獨立地建立氣體壓力和容積關(guān)系的定律。上述對物性的了解對后來彈性力學(xué)、粘性流體力學(xué)、氣體力系等學(xué)科的出現(xiàn)作了準備。
應(yīng)用力學(xué) 許多學(xué)者的研究工作是和工匠一起進行的?；莞购鸵恍╃姳斫骋黄鹬?
造鐘表。玻意耳和工匠帕潘一起研制水壓機。A.帕倫不僅研究梁的彎曲問題，也研究水輪機的效率問題。許多有工程實際意義的方法產(chǎn)生了，如蘭哈爾的半圓拱的計算方法，靜力學(xué)中伐里農(nóng)的索多邊形方法。
研究方法
力學(xué)研究方法遵循認識論的基礎(chǔ)法則：實踐－理論－實踐。力學(xué)作為基礎(chǔ)科學(xué)和作為技術(shù)科學(xué)從不同側(cè)面反映這個法則。力學(xué)家們根據(jù)對自然現(xiàn)象的觀察，特別是定量觀察的結(jié)果，根據(jù)生產(chǎn)工程中積累的經(jīng)驗或數(shù)據(jù)的關(guān)系。為了使這種關(guān)系反映事物的本質(zhì)，力學(xué)家要善于抓住起主要作用的因素，摒棄或暫時摒棄一些次要因素。力學(xué)中把這種過程稱為建立模型。質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體、彈性體、粘性流體、連續(xù)介質(zhì)等各種不同模型。在模型的基礎(chǔ)上可以運用已知的力學(xué)的或物理學(xué)的規(guī)律（必要時作一些假設(shè)）以及合適的數(shù)學(xué)工具進行理論上的演繹中，為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(shù)如雷諾數(shù)、馬赫數(shù)、泊松比等。這些參數(shù)既反映物理本質(zhì)，又是單純數(shù)字，不受尺寸、單位制、工程性質(zhì)、實驗裝置類型的牽制。根據(jù)*個實踐環(huán)節(jié)所得理論結(jié)論建立的模型是否合理，有待于新的觀測、工程實踐或者科學(xué)實驗等第二個實踐環(huán)節(jié)加以驗證。采用上述無量綱參數(shù)以及通過有關(guān)的量綱分析使得這種驗證能更廣泛的范圍內(nèi)進行。對一個單獨的類型課題或研究任務(wù)來說，這種實踐和理論環(huán)節(jié)不一定能分得清，也可能和其他課題或任務(wù)的某個環(huán)節(jié)相互交叉，相互影響。課題或任務(wù)中每一項具體工作又可能只涉及一個環(huán)節(jié)或一個環(huán)節(jié)的一部分。因此，從局部看來，力學(xué)研究工作方式是多樣的：有些只是純數(shù)學(xué)的推理，甚至著眼于理論體系在邏輯上的完善化；有些著重數(shù)值方法和近似計算；有些著重實驗技術(shù)；有些著重在天文觀測和考察自然現(xiàn)象中積累數(shù)據(jù)；而更大量的則是著重在運用現(xiàn)有力學(xué)知識來解決工程技術(shù)中或探索自然界奧秘中提出的具體問題。每一項工程又都需要具備自身有關(guān)的知識和其他學(xué)科的配合。數(shù)學(xué)推理需要各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識，包括一些抽象數(shù)學(xué)分支的知識。數(shù)值方法和近似計算要了解計算技術(shù)、計算方法和計算數(shù)學(xué)?，F(xiàn)代的力學(xué)實驗設(shè)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(xué)技術(shù)項目，需要多工種、多學(xué)科的協(xié)作。應(yīng)用研究更需要對運用對象的工藝過程、材料性質(zhì)、技術(shù)關(guān)鍵等有清楚的了解。在力學(xué)研究中既有細致的、獨立的分工，又有綜合的、全面的協(xié)作。從力學(xué)研究和對力學(xué)規(guī)律認識的整體來說，實踐是檢驗理論正確與否的*標準。以上各種工作都是力學(xué)研究*的部分。
學(xué)科性質(zhì)
力學(xué)原是物理學(xué)的一個分支。物理科學(xué)的建立則是從力學(xué)開始的。在物理科學(xué)中，人們曾用純粹力學(xué)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(nèi)的運動等。當物理學(xué)擺脫了這種機械（力學(xué)）的自然觀而獲得健康發(fā)展時，力學(xué)則在工程技術(shù)的推動下按自身邏輯進一步演化，逐漸從物理學(xué)中獨立出來。20世紀初，相對論指出牛頓力學(xué)不適用于速度接近光速或者宇宙尺度內(nèi)的物體運動；20年代，量子力學(xué)指出牛頓力學(xué)不適用于微觀世界。這反映人們對力學(xué)認識的深化，即認識到物質(zhì)在不同層次上的機械運動規(guī)律是不同的。通常理解的力學(xué)只以研究宏觀的機械運動為主，因而有許多帶“力學(xué)”名稱的學(xué)科如熱力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、相對論力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)等習(xí)慣上被認為是物理學(xué)的分支，而不屬于力學(xué)的范圍。但由于歷*的原因，力學(xué)和物理學(xué)仍有著特殊的親緣關(guān)系，特別是在以上各“力學(xué)”分支和牛頓力學(xué)之間，許多概念、方法、理論都有不少相似之處。
力學(xué)與數(shù)學(xué)在發(fā)展中始終相互推動，相互促進。一種力學(xué)理論往往和相應(yīng)的一個數(shù)學(xué)分支相伴產(chǎn)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定性理論，彈性力學(xué)及流體力學(xué)的基本方程和數(shù)學(xué)分析理論，天體力學(xué)中運動穩(wěn)定性和微分方程定性理論等。有人甚至認為力學(xué)是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)。但是力學(xué)和物理學(xué)一樣，還有需要實驗基礎(chǔ)的一面，而數(shù)學(xué)尋求的是比力學(xué)更帶普遍性的數(shù)學(xué)關(guān)系，兩者有各自的研究對象。
力學(xué)同物理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科一樣，是一門基礎(chǔ)學(xué)科，它所闡明的規(guī)律帶有普遍性質(zhì)。
力學(xué)又是一門技術(shù)科學(xué)，它是許多工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，又在廣泛的應(yīng)用工程中不斷得到發(fā)展。當工程學(xué)還只分民用工程學(xué)（即土木工程學(xué)）和軍事工程學(xué)兩大分支時。力學(xué)在這兩個分支中以起著舉足輕重的作用。工程學(xué)越分越細，各分支中許多關(guān)鍵性的進展都有賴于力學(xué)中有關(guān)運動規(guī)律、強度、剛度等問題的解決。力學(xué)和工程學(xué)的結(jié)合促使工程力學(xué)各分支的形成和發(fā)展?，F(xiàn)在，無論是歷史較久的土木工程、生物醫(yī)學(xué)工程等，都或多或少有工程力學(xué)的活動場地。力學(xué)作為一門技術(shù)科學(xué)，并不能代替工程學(xué)，只是指出工程技術(shù)中解決力學(xué)問題的途徑，而工程學(xué)則從更綜合的角度考慮具體任務(wù)的完成。同樣地，工程力學(xué)也不能代替力學(xué)，因為力學(xué)還有探索自然界一般規(guī)律的任務(wù)。
力學(xué)既是基礎(chǔ)科學(xué)又是技術(shù)科學(xué)這種二重性，有時難免會引起側(cè)重基礎(chǔ)研究一面和側(cè)重應(yīng)用研究一面的力學(xué)家之間不同看法。但這種二重性也使力學(xué)家感到自豪，他們?yōu)闇贤ㄈ祟愓J識自然界和改造自然兩個方面作出了貢獻
學(xué)科分類
力學(xué)可粗分為靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三部分，靜力學(xué)研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學(xué)只考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關(guān)系；動力學(xué)討論物體運動和所受力的關(guān)系。
力學(xué)也可按所研究的對象區(qū)分為固體力學(xué)、流體力學(xué)和一般力學(xué)三個分支，流體包括流體和氣體。固體力學(xué)和流體力學(xué)可統(tǒng)稱為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，它們通常都采用連續(xù)介質(zhì)模型。固體力學(xué)和流體力學(xué)從力學(xué)分出后，余下部分組成一般力學(xué)。一般力學(xué)通常是指以質(zhì)點、質(zhì)點系、剛體、剛體系為研究對象的力學(xué)，有時還把抽象的動力學(xué)系統(tǒng)也作為研究對象。一般力學(xué)除了研究離散系統(tǒng)的基本力學(xué)規(guī)律外，還研究某些與現(xiàn)代工程技術(shù)有關(guān)的新興學(xué)科的理論。一般力學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)這三個主要分支在發(fā)展過程中又因?qū)ο蠡蚰Ｐ偷牟煌霈F(xiàn)一些分支學(xué)科和研究領(lǐng)域。屬于一般力學(xué)的有理論力學(xué)（狹義的）、分析力學(xué)、外彈道學(xué)、振動理論、剛體動力學(xué)、陀螺力學(xué)、運動穩(wěn)定性等。屬于固體力學(xué)的有早期形成的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)，稍后形成的彈性力學(xué)、塑性力學(xué)，近期出現(xiàn)的散體力學(xué)、斷裂力學(xué)等流體力學(xué)是由早期多相流體力學(xué)、滲流力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)等分支。各分支學(xué)科間的交叉結(jié)果又產(chǎn)生粘彈性理論、流變學(xué)、氣動彈性力學(xué)等。
力學(xué)也可按研究時所采用的主要手段區(qū)分為三個方面: 理論分析、實驗研究和數(shù)值計算。實驗力學(xué)包括實驗應(yīng)力分析、水動力學(xué)實驗和空氣動力實驗等。著 用數(shù)值計算手段的計算力學(xué)是廣泛使用電子計算機后出現(xiàn)的，其中有計算結(jié)構(gòu)力 學(xué)、計算流體力學(xué)。對一個具體的力學(xué)課題或研究項目，往往需要理論、實驗和 計算三方面的相互配合。
力學(xué)在工程技術(shù)方面的應(yīng)用結(jié)果形成工程力學(xué)或應(yīng)用力學(xué)的各種學(xué)科分支， 諸如土力學(xué)、巖石力學(xué)、爆炸力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、工業(yè)空氣動力學(xué)、環(huán)境空氣 動力學(xué)等。
力學(xué)和其他基礎(chǔ)科學(xué)的結(jié)合也產(chǎn)生一些分支，zui早的是天文學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的天體力學(xué)。在20世紀特別是60年代以來，出現(xiàn)更多的這類交叉分支，其中有物理力學(xué)、 物理－化學(xué)流體動力學(xué)、等離子體動力學(xué)、電流體動力學(xué)、磁流體力學(xué)、熱彈性力 學(xué)、理性力學(xué)、生物力學(xué)、生物流變學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、地球動力學(xué)、地球構(gòu)造動力學(xué)、 地球流體力學(xué)等。
力學(xué)分支的這種錯綜復(fù)雜情況是自然科學(xué)研究中綜合和分析這兩個不可分割的方面在力學(xué)發(fā)展過程中的反映?？茖W(xué)的發(fā)展總是分中有合，合中有分。
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