科学史-物理学编年史-17史蒂文《静力学原理》

时间：公元1586年。

斯蒂文（SimonStevin，或者SimonStevinus，1548-1620），静力学奠基人，数学家、工程学家，生于布鲁日（当时为西班牙殖民地，今属比利时），卒于海牙。15-16世纪，西班牙建立了世界上第一个殖民地帝国，被认为是第一个日不落帝国，斯蒂文就生活在西班牙黄金年代。

斯蒂文的著作非常丰富，涉及数学、力学、天文学、航海学、地理学、建筑学、工程学、军事科学、音乐理论（十二平均律研究）等多种学科。在他的研究中，尤其以静力学最为著名。

1586年（38岁），斯蒂文和德格罗·特在荷兰代尔夫特作落体实验，用重量为10：1的两个铅球从30英尺高空落下，结果两球同时着地。这是第一次用实验否定了亚里士多德关于轻重物体下落不一样快的错误观点。这一年斯蒂文还完成了《静力学原理》。

斯蒂文在他的《静力学原理》（1586年）中构造了一对斜面，如图所示，设有一串串珠等间距的放置在斜面上，斯蒂文进行了以下证明：

串珠必然是稳定的。反证：如果它在一边的力超过另一边，它将向右或者向左滑动，由于串珠的循环性，将成为永动机，这不可能。

由于悬挂在下面的链条部分是对称的，这说明在每一边的力是相等的。因此，串珠的这一部分可以被减掉，斜面上的串珠依然平衡。

因为串珠具有相同的间隔，每个面上总载荷正比于斜面长度。由于每个串珠所受的斜面支持力与拉力相同，因此斜面越长就越能体现出其省力优势。

第一条，斯蒂文利用永动机反证了串珠必须平衡；第二条，由于下方串珠因对称所以两端受力相等，因此可剪去下面的串珠，上部串珠平衡；第三条，这里的总载荷应该理解为沿斜面上的力，由于总载荷相同，因此当串珠数较多时，分到每个串珠上的力就小，因此对于每个串珠来说，斜面越长，拉住串珠就越省力，也就说明了力的分解规律。

斯蒂文在静力学方面做出了多项奠基性工作，著名的有利用斜面发现力合成的平行四边形法则，利用滑轮发现的虚功原理描述，以及发现流体静力学悖论等。

力学史上，图解静力学是一种完全依靠几何作图，不通过计算求解的力学分析方法。19世纪中后期，图解静力学还被作为正式的力学分支学科，广泛应用于工程结构的力学分析中。20世纪以后，随着力学理论的不断发展，许多力学框架不再适合用图形的方式展现，图解法也逐渐走向衰弱。近年来，随着计算机视觉呈现能力的发展，图解法又出现了复兴迹象，而且图解法所具有的形象、直观特性，对于力学初学者，在理解静力学基本原理方面仍具有较强的吸引力。本文试图通过回顾图解静力学的发展过程，以力合成与分解的图解法为例，体会力学图解法的魅力。

斯蒂文在静力学上的另一项贡献是虚位移思想。他在研究滑轮系统时，发现“在任何滑轮系统中，每个被支撑的重物与它由该系统的任意给定位移带动而移过的距离的乘积在整个系统中处处相等时，该系统保持平衡”

史蒂文对滑轮平衡的描述已经非常接近我们现在所学的虚位移原理了，但由于当时人们对于功的概念还不清楚，同时也缺少虚位移原理所需要的数学工具——变分法，还不能准确的描述出虚位移原理。

对于液体压力，人们一直以为压力与液体的重力相关，斯蒂文通过实验发现了所谓的“流体静力学悖论”，指出液体中的压强与容器的形状及容器底面面积无关，仅于液体的注高成正比。

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