力学与工程密不可分

2017-08-23 by:CAE仿真在线来源:互联网

摘引自武际可教授《力学史》一书

1920年以前力学发展史中的100篇重要文献

从下述简单介绍中可以看到以下结论:

16世纪以前力学发展较慢;
中国虽然有很多水利、桥梁、土木等等的伟大工程,却没有发表过力学方面的文献;
力学与数学关系紧密、力学的发展与工程的需要密不可分;
一辈子能为后人留下有用的宝贵知识并不容易。

亚里斯多德(Aristotle)在公元前350年完成《论天》(On the heavens)中阐述了落体加速度与重量成正比的论断。

阿基米德(Archimedes,287BC-212BC)在《论浮体》(On floating bodies)中讨论了流体中物体的平衡问题。

在《论平面图形的平衡》(On the equilibrium of planes)中讨论了杠杆原理与平面图形物体的重心。

托勒密(Ptolemy,100-170)在《大汇编》(Almagest)中建立了太阳系运行的托勒密体系。

希罗(Hero of Alexandria,约公元60)在《气体力学》(Pneumatics)中涉及了真空、水与空气的压力、虹吸管、玩具和一种用蒸汽驱动的旋转机械。

在《力学》(Mechanics)中介绍了运动、平衡和简单机械的知识。

帕普斯(Pappus Alexandrinus,300-350)在《数学汇编第八卷》(Mathematical Collec-tion Book 8)中汇集了古希腊对力学研究的成果。1022

约旦努(Jordanus de Nemore,1220)在《重物的论述》(Liber de ponderibus)中讨论了物体的平衡问题,包含了虚功原理的萌芽。1533

哥白尼(Nicholas Copernicus,1473-1543)在《天体运行论》(De revolutionibus orbium celestium)中提出了太阳系的哥白尼系统。1543

开普勒(Johannes Kepler,1571-1630)在《宇宙的和谐》(Harmonice mindi)中总结了行星运行的三大定律。1619

斯梯芬(Semon Stevin,1548-1620)的《静力学原理》(Staticae elementis)是静力学体系标志性著作。1586

默森(Marin Mersenne,1588-1648)在《宇宙的和谐》(Traite de l’Harmonie Universelle)是最早关于声音、音乐和乐器的著作。1627

邓玉函(Joannes Terrens,1576-1630)王徵在《远西奇器图说》中最早介绍了西方力学知识。1627

伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)在《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》(The system of the world:in four dialogues where-in the two grand systemes of Ptolemy and Copernicus)中系统地论证了哥白尼系统,提出了惯性运动的概念。1632

《关于两门新学科的对话》总结了材料强度、自由落体和抛物体的运动规律。1638

托里拆利(Evangelista Torrielli,1608-1647)在《论重物的运动》(De motu gravium)中证明了孔口出流的速度与液高的平方根成比例(即托里拆利定理),还指出位置最低时平衡得好,是平衡稳定性的最早提法。1644

波义耳(Boyle, Hobert,1627-1691)在《关于空气的弹性及其效果的物理力学新实验》(New experiments physico-mechanicall, tou-ching the spring of the air and its effects)中以系统的实验论证了气体的弹性。1660

帕斯卡(Blaise Pascal,1623-1662)在《论液体平衡和空气的重量》(Traites de l’equilibre des liqueurs et de la pesenteur de la masse de l’air)中总结和提出帕斯卡原理,并总结了关于气压的一系列实验。1663

马略特(Edme Mariotte,1620-1684)在《论物体的撞击与碰撞》(Tratite de la percussion ou chocq des corps)中总结了前人碰撞问题的实验,得到了动量守恒定律。1671

在《论水和其他流体的运动》(Traite du mou-vement des eaux et des autres corps fluides )中研究了流体的阻力,得到流体阻力与速度的平方成比例的结论。1686

惠更斯(Christian Huygens,1629-1695)在《摆钟论》(Horologium oscillatorium)中讨论了约束在圆上的质点运动规律,论证了摆的等时性,提出了等时摆的概念。1673

胡克(Robert Hooke,1635-1703)在《论弹簧》(Lectures of springs)中研究了物体的弹性。1678

莱布尼兹(Isaac Newton,1616-1716)在《笛卡尔的一个出名错误的简短证明》(Brevis demonstratio erroris memorabilis Cartesii)中提出活力,即动能守恒定律。1686

牛顿(Isaac Newton,1642-1727)在《自然哲学的数学原理》(Philosophia naturalis prin-cipia mathe-matica)中总结了经典力学体系,证明了万有引力下行星运动服从开普勒三定律。1687

雅克布.伯努利(Jacob Bernoulli,1654-1705)在《等周问题实解》(Solution propria problematis iso-perimetrici)中建立了变分问题,总结了最速落体问题。1700《弹性梁弯曲的假设与证明》(Veritable hypothese de la risstance des solides avec la demonstra-tion de la courbure des corps qui font resort)中建立了梁的弯曲最早与实际接近的理论。1705

丹尼尔.伯努利(Danil Bernoulli,1700-1782)在《流体动力学》(Hydrodynamica)中总结了流体压强与速度的关系,被称为伯努利定律。1738

欧拉(Leounard Euler,1707-1783)在《力学》(Mecha-nics)中汇集了他对质点和质点系力学系统的研究成果。1736在《刚体运动理论》(Theoria motus corporum solidorum)中提出刚体运动的一般方程并解决了一种可积情形。1765

达朗贝尔(Jean le Rond d’Alembert,1717-1783)在《论动力学》(Traite de dynamique)中提出和总结了达朗贝尔原理和虚功原理。1743《流体的阻力》(Essai d’une nouvelle theorie de la resistance des fluides)中理想流体中没有阻力的矛盾。1752

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

玻素(Charles Bossut,1730-1814)在《流体阻力的新实验》(Nouvelles Experiences sur la resista-nce des fluides)中总结了船体阻力的实验规律,开辟了船池实验新领域。1777

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

库仑(Charles Augustin Coulomb,1736-1806)在《论简单机械》(Therorie des machines simp-les)中最早给出了摩擦力所遵从的规律。1781

班锁(Louis Poinsot,1777-1859)在《静力学原理》(Elements de statique)中引进了力偶的概念、系统讨论了力系的简化,提出刚体平衡的条件。1803

托马斯.杨(Thomas Young,1773-1829)在《自然哲学讲义》(A course of lectures on natural philosophy and the mechanical arts)中提出了杨氏模量,最早提出能量的概念。1807

拉普拉斯(Pierre Simmon Laplace,1749-1827)在《天体力学》(Mecanique celeste)中系统发展了围绕天体力学的一套数学方法,如势论、摄动法等等。1798-1825

凯利(George Cayley,1773-1858)在《论空中航行》(On Aerial Navigation)中开辟了从空气动力学来探讨飞行的道路。1809-1810

泊松(S. D. Poisson,1781-1840)在《力学教程》(Traite de macanique)是影响深远的一套理论力学教材。1811

在《弹性体的平衡与运动》(Memeorire sur l’equi-libre et le mouvment des corps elasti-ques)中最早提出弹性体变形的泊松系数。1829

纳维(C. L. M. H. Navier,1785-1836)在《论弹性体的平衡与运动》(Sur les lois de l’equilibre et du mouvement des corps solides elastiques)中最早提出弹性体运动的一般方程。1821在《流体的运动法则》(Memoire sur les du mou-vement des fluides)中最早提出黏性流体的运动方程。1823

哈密顿(William Rowan, Hamilton,1805-1865)《论动力学中的一个普遍方法》(On an general me-thod in dynamics),1834和1835《再论动力学中的一个普遍方法》中发展了分析力学,给出了哈密顿函数和哈密顿方程。

傅立叶(Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830)在《热的解析》(Theori analytique de la chaleur)中奠定了解热传导偏微分方程的基础,开创了量纲分析法。1822

卡诺(Sadi Carnot,1796-1832)在《论火的故事》(Reflexions sur la puissance mortise du feu)是热力学第二定律研究的开始。1824

柯西(Augustin louis Cauchy,1789-1857)在《弹性或非弹性固体的运动方程》(Sur les equations qui experiment interieur d’un coe-ps solide, elastique ou non elastique)中总结了从1822年以后所做的研究成果,建立了弹性力学平衡与运动的普遍方程。1828

格里奥利(Gustave Gaspard Coriolis,1792-1843)在《力学应用于机械》(Cours de mecani-que ap-pliquee aux machines)中对旋转系统提出了一种由相对速度诱导的加速度,即科氏加速度,由他产生科氏力。1835

格林(George Green,1793-1841)在《论在晶体介质中光的传播》(On the Propagation of Light in Crystalized Media)中论证了各向异性弹性介质的弹性常数最多有21个。1839

泊萧叶(Jean Louis Marie Poiseuille,1729-1829)在《流体通过细管运动的实验研究》(Recher-ches experimentales sur le mouvement des li-qnides dans les tubes de tres petits diametres)中根据实验总结出管流中的流动规律,被称为哈根-泊萧叶流。1841

焦耳(James Prescott Joule,1818-1889)在《论电磁的热效应和热的机械值》(On the Calo-rific Effects of Magneto-Electricity and on the Mechanical Value of Heat)中最早给出了热功当量。1843

雅科比(Carl Guastav Jacob Jacobi,1804-1851)在《动力学讲义》(Vorlesungen uber dunamik)中包含了将Hamilton方程变换到一阶偏微分方程的变换,即Hamilton-Jacobi方程。1842-1843的讲义

罗素(John Scott Russell,1808-1882)在《关于波浪的报告》(Report on Waves)中首次提出运河在开闭闸门时形成的浅水波可以不变形的传播很远,引入了孤立波这一科学家广泛感兴趣的名词。1844

斯托克斯(George Gabriel Stokes,1819-1903)在《流体运动的内摩擦与弹性固体的运动与平衡》(On the theories of the internal friction of fluid in motion, and of the equilibrium and motion)中与纳维不同的方法到出了黏性流体运动方程,被称为N-S方程。1845

汤姆森(Sir William Thomson又名Lord Kelvin, 1824-1907)在《关于弹性体平衡方程积分的注记》(Note on the integration of the equation of an elastic soild)中给出了各向同性无限弹性介质在集中力作用下的解,被称为基本解或开尔文解。1848

基尔荷夫或克希荷夫(Gustav Robert Kirch-hoff.1824-1887)在《弹性板的平衡与运动》(Uber das glei-chewicht und die bewegung einer elastischen scheibe)中提出了直法线假设下的弹性薄板问题与边界条件的准确提法。1850

麦克斯韦耳(James Clerk Maxwell,1831-1879)在《弹性固体的平衡》(On the equilibrium of ela-stic solids)中开创了用偏阵光进行弹性应力测量的方法。1850摘要,1853全文

拉梅(Gabriel Lame,1795-1870)在《数学弹性理论》(Traite de la Theirie mathematique de l’elasticite)是第一本系统陈述弹性力学的专著。1852在《曲线坐标及其应用》(Lecons sur les coordo-nnees curvilignes et leurs diverses applications)中系统讨论了曲线坐标,介绍了它在弹性力学、热传导等中的应用,给出了弹性球壳变形解答。1859

兰金(William Macquorn John Rankine, 1820-1872)在《应用力学手册》(A Manual of Applied Mechanics)中总结了固体强度方面的实验及理论结果,提出以拉伸应力作为判据的强度理论,最早把能量与势能区分开来。1858

克莱博什(Rudolf Friedrich Alfred Cleb-sch,1833-1872)在《弹性体理论》(Theorie der Elastizitat Fester Korper),后经圣维南翻译注释使原书扩大了三倍,书中讨论了杆的振动问题,其中初始参数法被称为克莱博什方法,后来发展成传递矩阵法。1863

亥姆霍兹(Hermann Ludwig Ferdinand von Hel-mholtz,1821-1894)在《论力的守恒》(On the Conser-vation of Force)中总结了能量守恒定律的一般形式。1863

特雷斯卡(Henri Edouard Tresca,1814-1885)在《关于固体的流动》(Memoire us l’ecoulement des corps solides)中最早提出固体按照最大剪切应力的屈服条件,即特雷斯卡条件。1864

达西(Henry Philibert Gaspard Darcy,1803-1858)在《蒂间城市公共自来水,附注D》(Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon. Note D)是关于渗流的达西定律的原始文献。1865

克劳休斯(Rudolf Julius Emmanuel Clausius, 1822-1888)《热的机械理论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,总结出热力学第一和第二定律。1865德文,1867英文

波尔兹曼(Ludwig Boltzmann,1844-1906)在《气体分子热力学的新研究》(Weitere Studien uber das Warmegleichgewicht unter Gasmole-kulen)中从经典力学的观点解释热力学第二定律,开辟了解决不同层次物理现象之间关系的新途径。1872

傅科(Jean-Bertrand-Leon Foucault,1819- 1868)在《傅科科学论文集》(Recueil des Tra-vaux Scientiques de Leon Foucault)包含了傅科摆与陀螺仪、光速测量的重要论文。1878整理

卡斯提也诺(Carlo Alberto Castigliano, 1847-1884)在《论弹性系统》(Intorno ai sis-temi elastici)中包含了广泛用于结构分析的卡斯提也诺变分原理。1873

兰姆(Horace Lamb,1849-1934)在《流体动力学》(Hydro-dynamics)是一本流体力学的百科全书。1879

科瓦列夫斯卡娅(

, 1850-1891)在《刚体绕固定点旋转的一个问题》(Sur le probleme de la rotation corps solide autour d’un point fixe)中解决了刚体绕定点运动的一种情况。1888

瑞利(Lord Rayleigh,1842-1919)在《声的理论》(Theory of Sound)中总结了弹性体振动的成果,发展了计算固有频率的方法。1877第一版,1894第二版

雷诺(Osborne Reynolds,1842-1912)在《平行渠道阻力的实验研究情况》(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)中提出雷诺数,标志湍流研究的开始。1883

马赫(Ernst Mach,1838-1916)在《力学史评》(Die Me-chanik in Lhrer Entwicklung Historisch-Kriti-sch Dargestellt)中对经典力学的绝对时空进行了认真的批评,被爱因斯坦称为广义相对论的先驱。1883,生前出版6版在《通过空气投影的照相》(Photographische Fixierung der durch Projektile in der Luft eingeleiten Vorgange)中给出了通过纹影照相的到的超音速流动的相片和研究结果,是最早对超音速流动的研究。1887

赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)在《关于弹性体的接触》(Uber die beruhrung fester elastische korper)中提出并解决了两个弹性体接触的变形与应力分布问题,被称为赫兹接触问题。1882

布西内斯克(Valentin Joseph Boussinesq, 1842-1929)在《应用势论研究弹性体的平衡与运动》(Application des po-tentiels a l’etude de l’equilibre et du mouvements des soildes elas-tiques)是继圣维南《柱体扭转》后弹性力学方面最重要的文献,用势论解决了半平面受集中力的问题、半无限杆的振动问题等。1885

开尔文(Sir William Thomson又名Lord Kelvin, 1824-1907)和台特(Petter Guthrie Tait,1831-1901)在《自然哲学教程》(Treatise on natural philosophy)中总结了从牛顿到当时的力学成果,对能量守恒给予了关注。1888

阿贝尔(Paul Appell,1855-1930)在《理论力学教程》(Traite de mecanique rationnelle)共5卷1920年前(1893,1896,1903)出版三卷,前3卷中介绍了质点的静、动力学;分析力学;连续体力学。是一套影响很大的力学教材。

乐甫(Augustus Edward Hough Love,1863-1940)在《弹性的数学理论教程》(A Treatise on Mathematical Theory of Elasticity)中总结了弹性力学的成就,发展了薄壳理论。1882-1883分两卷在《地球动力学的若干问题》(Some Problems of Geodynamics)中总结了从弹性力学来研究地球的一系列成果,成为地球物理研究的基础。1911

庞加莱(Henrl Poincare,1854-1912)在《天体力学的新方法》(Les Methodes Nouvelles de la Mecanique Celeste)中含有他发展的周期解问题、定性方法,还包含动力系统混沌的早期思想。1892, 1893,1899分三卷出版

李亚普诺夫(

, 1857 -1918)在《运动的一般稳定性》(俄文发表)中给出了运动稳定性的严格定义,并给出了两种判别稳定性的方法。

科尔泰沃赫(Diederik Johannes Korteweg, 1848-1941)和德弗里斯(de Vries,1866-1934)在《论长波形状的变化》(On the change of form of long waves adva-ncing in a rectangular canal and on a new type of long stationary wave)中提出了一种非线性波动方程,被称为科尔沃赫-德弗里斯方程。1895

贝纳尔(Henri Benard,1880-1939)在《加热薄层液体持续对流的漩涡胞》(Les tourbillons cellulaires dans une nappe liquide transpor-tant de la chaleur par convection en regime perma-nent)中总结了由实验发现的底部加热薄层流体对流产生的漩涡胞,被称为贝纳尔胞。1901

恰普霍金(

,1869-1942)在《论气体射流》(俄文),中发展了亚音速气体射流流动理论。1902

齐奥尔科夫斯基(

, 1857-1935)在《利用喷气工具研究宇宙空间》(俄文)中开始了火箭理论与变质量力学的研究。1903

普朗特(Ludwing Prandtl,1875-1953)在《关于非常小摩擦下的流动》(Uber Flussigkeit-sbewegung bei sehr kleiner Reibung)开创了黏性流体的边界层理论。1904

巴金汉(Edgar Buckingham,1867-1940)在《论物理上的相似系统》(On physically Similar Systems: Illus-trations of the Use of Dimensional Analysis)中给出了定律,奠定了量纲分析与模型相似率的理论基础。1914

爱因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)《论运动物体的电动力学》(Zur elektrodynamik bewegter)中提出了狭义相对论。1905在《广义相对论基础》(Die grundlage der all-gemeinen relativitatstheorie)是完整阐述广义相对论的最早论文。1916

儒可夫斯基(

, 1847-1921)在《关于附属的漩涡》(俄文)中建立了二维机翼的升力理论。1906

科恩(A. Korn)在《关于弹性理论与转轴弯曲的不等式》(Uber einige ungleichungen welche in der theorie der elastoschen und elektrischen schwingungen eine rolle spoelen)中给出了弹性力学能量正定性的不等式。1909

索维菲(Arnold Sommerfeld,1868-1951)在《对流动转变为湍流的解释》(Ein beitrag zur hydrodynamichen erklaung der turbulent flus-sigkeit-sbewegungen)是对层流稳定性的较早研究,得到了非自共轭的Orr-Sommerfeld偏微分方程。1909

卡拉索夫(

,1867-1936)在《复变函数在平面弹性的数学理论中的应用》(俄文)中开创了平面弹性力学问题的复变函数解法。1909

冯.卡门(Theodore von Karman,1881-1963)在《机械制造中的强度问题》(Festigkeits probleme in Maschinenbau)给出了较早的薄板大挠度方程。1910在《关于流体中动体的力学实验》(德文)中首次证明了在流动中圆柱体后的尾涡以交替排列时是稳定的,被后人把这种尾涡称为卡门涡街。1912

冯.米赛斯(Richard von Mises,1883-1953)在《塑性变形固体的力学》(Mechanik der fes-ten korper in plastisch deformablen)中提出固体在一定应力状态下的一种屈服条件,被称为米赛斯条件。1913

伽辽金(