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)、動力學(xué)、流體力學(xué)、分析力學(xué)、運動學(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)、空氣動力學(xué)、理性力學(xué)、物理力學(xué)、天體力學(xué)、生物力學(xué)、計算力學(xué) 。
下面給大家一一進行介紹。
　　靜力學(xué)是力學(xué)的一個分支，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。
　　平衡是物體機械運動的特殊形式，嚴格地說，物體相對于慣性參照系處于靜止或作勻速直線運動的狀態(tài)，即加速度為零的狀態(tài)都稱為平衡。對于一般工程問題，平衡狀態(tài)是以地球為參照系確定的。靜力學(xué)還研究力系的簡化和物體受力分析的基本方法。
　　靜力學(xué)的發(fā)展簡史
　　從現(xiàn)存的古代建筑，可以推測當時的建筑者已使用了某些由經(jīng)驗得來的力學(xué)知識，并且為了舉高和搬運重物，已經(jīng)能運用一些簡單機械(例如杠桿、滑輪和斜面等)。
　　靜力學(xué)是從公元前三世紀開始發(fā)展，到公元16世紀伽利略奠定動力學(xué)基礎(chǔ)為止。這期間經(jīng)歷了西歐奴隸社會后期，封建時期和文藝復(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，推動了力學(xué)的發(fā)展。人們在使用簡單的工具和機械的基礎(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)。阿基米德是第一個使用嚴密推理來求出平行四邊形、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·芬奇是文藝復(fù)興時期首先跳出中世紀煩瑣科學(xué)人們中的一個，他認為實驗和運用數(shù)學(xué)解決力學(xué)問題有巨大意義。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分析起重機構(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動和滑動摩擦阻力，首先得出了滑動摩擦阻力同物體的摩擦接觸面的大小無關(guān)的結(jié)論。
　　對物體在斜面上的力學(xué)問題的研究，最有功績的是斯蒂文，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。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的，他在大型著作《分析力學(xué)》中，根據(jù)虛位移原理，用嚴格的分析方法敘述了整個力學(xué)理論。虛位移原理早在1717年已由伯努利指出，而應(yīng)用這個原理解決力學(xué)問題的方法的進一步發(fā)展和對它的數(shù)學(xué)研究卻是拉格朗日的功績。
　　靜力學(xué)的內(nèi)容
　　靜力學(xué)的基本物理量有三個：力、力偶、力矩。
　　力的概念是靜力學(xué)的基本概念之一。經(jīng)驗證明，力對已知物體的作用效果決定于：力的大小(即力的強度)；力的方向；力的作用點。通常稱它們?yōu)榱Φ娜亍ＡΦ娜乜梢杂靡粋€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力稱為力偶，它是一個自由矢量，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)是指力使整個物體對外界參照系的運動變化；內(nèi)效應(yīng)是指力使物體內(nèi)各部分相互之間的變化。對剛體則不必考慮內(nèi)效應(yīng)。靜力學(xué)只研究最簡單的運動狀態(tài)即平衡。如果兩個力系分別作用于剛體時所產(chǎn)生的外效應(yīng)相同，則稱這兩個力系是等效力系。若一力同另一力系等效，則這個力稱為這一力系的合力。
　　靜力學(xué)的全部內(nèi)容是以幾條公理為基礎(chǔ)推理出來的。這些公理是人類在長期的生產(chǎn)實踐中積累起來的關(guān)于力的知識的總結(jié)，它反映了作用在剛體上的力的最簡單最基本的屬性，這些公理的正確性是可以通過實驗來驗證的，但不能用更基本的原理來證明。
　　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研究靜力學(xué)問題。分析靜力學(xué)是拉格朗日提出來的，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。例如對房屋、橋梁的受力分析，有效載荷的分析計算等。