尤明庆
“力学的定义(修订)” 及说明
2023-12-3 21:59
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  力学以物理为基础、以数学为工具,研究物体受力及运动、变形、破坏,具有科学和技术的双重特征,是气象、机械、建筑、采矿以及地质、生物、体育等学科的基础或工具

 

又学习了武际可老师2023年11月19日博文“关于力学学科的定义”,看了后面博友讨论,写下几句话以备忘。

1    武老师说: 总之,当今力学最为简洁恰当的定义还是周培源先生(1979年)给出的:力学是关于物质宏观运动规律的科学。这是在基尔霍夫(1824-1887)的定义增加“宏观”二字。不过,“宏观运动规律”并不能涵盖今天的力学学科。

下面是《中华人民共和国学科分类与代码简表 GBT 13745-2009)》的截图。三位数代码为一级学科,如数学110、力学130、物理140,五位数代码为二级学科,如固体力学13015;简表中三级学科省略了七位的代码,如弹性力学1301510、损伤力学1301540 。全文请点击 国家标准|GB/T 13745-2009 (samr.gov.cn) 

力学.jpg

编入其他学科的应用力学有许多。如16015 天体力学、41020 工程力学为二级学科;地质力学、岩土力学地球动力学、地球重力学、地球流体力学 属于170 地球科学,机械动力学与振动、机械强度 属于 460 机械工程,化工热力学、化工流体力学、化工流变学属于530 化学工程,水力学、河流与海岸动力学、水沙动力学 属于 570水利工程,大气层飞行力学、航天动力学、飞行器结构力学 属于 590航空航天科学技术,等等,都是三级学科

顺便说一句,现在所说材料力学,主要研究杆、梁、柱等构件的受力和变形,与构件的具体材料无关,故而属于固体力学较好,归入430 材料科学并不合适;倘若研究内容是各种材料的基本力学特性,如杨氏模量、泊松比、屈服强度等,那才该属于材料学科。部分工科专业将材料力学和结构力学的课程合并为工程力学,还是妥当的。

时至今日,“关于物质宏观运动规律的科学” 不能涵盖如此广阔的力学。

2    戴世强老师2010年9月19日以“千呼万唤始出来的78个字”介绍2009年9月16日《十二五力学学科发展规划》初稿中的力学定义: 

力学是关于力、运动和变形的科学,研究自然界和工程中复杂介质的宏/微观力学行为,揭示机械运动及其与物理、化学、生物学过程的相互作用规律,是构成人类科学知识体系的重要组成部分。

 恕我直言,“自然界和工程中” 、“宏/微观” 没有效用,“复杂介质” 之限定使定义丧失了包容——普通的水和空气也该研究;“力学研究 **** 力学行为”实属硬伤,且不说力学行为的含义以及与机械运动的关系;至于 “是构成人类科学知识体系的重要组成部分” 只是普适的空话,真不该写入学科的定义。

物质、介质或许会引起误解,还是简单地说物体为好。物体可以分解为固体、流体、气体、等离子体以及刚体、流变体等,至于生物包括人体、钢筋混凝土、泥石流可以看作广义的物体。力学研究的目标并不限于规律,有时就是非常具体的问题。

总而言之,定义要简洁、准确,具有足够的包容——尽量不用限制性定语。

3    笔者2003年曾提出力学定义 (注) ,略作修订如下。 欠妥之处,恳请博友指正。

力学以物理为基础、以数学为工具,研究物体受力及运动、变形、破坏,具有科学和技术的双重特征,是气象、机械、建筑、采矿以及地质、生物、体育等学科的基础或工具

 万有引力定律、牛顿三定律、胡克定律、库伦摩擦定律、波意耳-马略特定律等,这些物理知识是现代力学学科的基础。据此可以得到物理量之间的关系也就是方程,求解方程则是数学。力学基于具体问题提供合适的理论或试验方法,得到准确或大致准确的结果。因为问题众多,而产生了众多的力学分支。

力学问题明确而具体,物理原理清晰而简单,数学求解却复杂而烦难。如以扁担荷物,人有双脚立地的瞬间,行走速度周期变化而引起荷物摆动和扁担变形,求解肩部受力以确定较优扁担的形制就是一个力学问题又如物体受热膨胀有物理定律,产生热应力而引起路面破坏则是力学问题。 确定物体内部构造破坏或宏观结构失效的准则如岩石的强度准则,也是力学研究的范畴。

注:

(1)   2003年3月19日曾给本科生科普讲座《力学闲谈》。最初PPT 草稿的截图如下,图片是多个重叠,利用动画而逐个播放

屏幕截图 2023-12-03 094600.png屏幕截图 2023-12-03 094417.png

(2)   2010年9月19日在戴老师博文后面说:“拙著《岩石的力学性质》,地质出版社, 2007”第一句话是

力学以物理为基础、以数学为工具,研究物体的运动、变形和破坏与力之间的关系[注],具有科学和技术的双重特征,是独立于数学和物理的一级学科,是天文、地质、机械、建筑、水利等众多学科的基础。

注:《辞海》,上海辞书出版社,2000,570页,条目“力学 物理学的一个部门。研究宏观物体机械运动规律及其应用的学科”,似不够准确、全面。

(3)   2013年12月5日 曾在博客介绍。

力学的定义 https://blog.sciencenet.cn/blog-275648-747329.html

(4)   拙稿“《力学与实践》对我的影响. 力学与实践, 2019,41(1): 112-113“

 屏幕截图 2023-12-03 182645.png

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