1 力學(xué)的過(guò)去于現(xiàn)在 數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)及生物學(xué)統(tǒng)稱為七大自然科學(xué)。力學(xué)是七大自然學(xué)科之一。力學(xué)是一門獨(dú)立的、系統(tǒng)的學(xué)科。
　　它是一切研究對(duì)象的受力和受力效應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科的總稱。力學(xué)知識(shí)最早起源于對(duì)自然現(xiàn)象的觀察和在生產(chǎn)勞動(dòng)中的經(jīng)驗(yàn)。人們?cè)诮ㄖ⒐喔鹊葎趧?dòng)中使用杠桿、斜面、汲水等器具，逐漸積累起對(duì)平衡物體受力情況的認(rèn)識(shí)。古希臘的阿基米德對(duì)杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統(tǒng)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(duì)日、月運(yùn)行的觀察和弓箭、車輪等的使用中，了解一些簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如勻速的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。但是對(duì)力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，只是在歐洲文藝復(fù)興時(shí)期以后才逐漸有了正確的認(rèn)識(shí)。
　　伽利略在實(shí)驗(yàn)研究和理論分析的基礎(chǔ)上，最早闡明自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，提出加速度的概念。牛頓繼承和發(fā)展前人的研究成果(特別是開(kāi)普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律)，提出物體運(yùn)動(dòng)三定律。伽利略、牛頓奠定了動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。牛頓運(yùn)動(dòng)定律的建立標(biāo)志著力學(xué)開(kāi)始成為一門科學(xué)。
　　此后，力學(xué)的研究對(duì)象由單個(gè)的自由質(zhì)點(diǎn)，轉(zhuǎn)向受約束的質(zhì)點(diǎn)和受約束的質(zhì)點(diǎn)系。這方面的標(biāo)志是達(dá)朗貝爾提出的達(dá)朗貝爾原理，和拉格朗日建立的分析力學(xué)。其后，歐拉又進(jìn)一步把牛頓運(yùn)動(dòng)定律用于剛體和理想流體的運(yùn)動(dòng)方程，這看作是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的開(kāi)端。
　　運(yùn)動(dòng)定律和物性定律這兩者的結(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(xiàn)的是納維、柯西、泊松、斯托克斯等人。彈性力學(xué)和流體力學(xué)基本方程的建立，使得力學(xué)逐漸脫離物理學(xué)而成為獨(dú)立學(xué)科。 從牛頓到漢密爾頓的理論體系組成了物理學(xué)中的經(jīng)典力學(xué)。在彈性和流體基本方程建立后，所給出的方程一時(shí)難于求解，工程技術(shù)中許多應(yīng)用力學(xué)問(wèn)題還須依靠經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的方法解決。這使得19世紀(jì)后半葉，在材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)同彈性力學(xué)之間，水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)之間一直存在著風(fēng)格上的顯著差別。
　　20世紀(jì)初，隨著新的數(shù)學(xué)理論和方法的出現(xiàn)，力學(xué)研究又蓬勃發(fā)展起來(lái)，創(chuàng)立了許多新的理論，同時(shí)也解決了工程技術(shù)中大量的關(guān)鍵性問(wèn)題，如航空工程中的聲障問(wèn)題和航天工程中的熱障問(wèn)題等。
　　這時(shí)的先導(dǎo)者是普朗特和卡門，他們?cè)诹W(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(wèn)題的數(shù)學(xué)途徑，逐漸形成一套特有的方法。從20世紀(jì)60年代起，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，力學(xué)無(wú)論在應(yīng)用上或理論上都有了新的進(jìn)展。到現(xiàn)在為止，工程力學(xué)已發(fā)展成一門具備完整的學(xué)科結(jié)構(gòu)和體系的學(xué)科。工程力學(xué)是機(jī)械工程、土木工程、道路橋梁、航空航天工程、材料工程等的基礎(chǔ)，在人類的實(shí)踐活動(dòng)中無(wú)處不在，并且深刻地影響著人類的實(shí)踐活動(dòng)。2 力學(xué)與土木工程 1 土木工程的發(fā)展歷程 從新石器時(shí)代改善巢居穴處的條件開(kāi)始，到17世紀(jì)中葉前，是土木工程從萌芽到發(fā)達(dá)的時(shí)期。隨著古代文明的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，創(chuàng)造了無(wú)數(shù)偉大工程建設(shè)，成為燦爛古代文化的重要組成部分。但受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的限約，發(fā)展很不平衡。在中國(guó)，殷商西周之際已發(fā)展了獨(dú)具風(fēng)格的木結(jié)構(gòu)和夯土技術(shù)。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期李冰父子修建的都江堰，是世界上最早的綜合性大型水利工程。西周初期制造出瓦，戰(zhàn)國(guó)時(shí)制造出磚（磚瓦的出現(xiàn)使土木工程技術(shù)得到飛速的發(fā)展，被稱為土木工程的第一次飛躍），營(yíng)建了規(guī)模宏大的阿房宮、未央宮。在地下墓室的修建中磚砌拱券的技術(shù)已很成熟，還建造了世界奇跡的軍事防衛(wèi)工程——長(zhǎng)城。隋唐之際，開(kāi)大運(yùn)河、建趙州橋，也都位于當(dāng)時(shí)世界土木工程技術(shù)的前列。建于遼代的佛宮寺釋迦塔（應(yīng)縣木塔），標(biāo)志著中國(guó)古代木結(jié)構(gòu)技術(shù)達(dá)到出神入化的水平。正是在這些技術(shù)成就所提供的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，北宋出現(xiàn)了總結(jié)性的著作《營(yíng)造法式》。在世界，埃及人于公元前27～前26世紀(jì)創(chuàng)建了世界上最大的帝王陵墓建筑群——吉薩金字塔，計(jì)算準(zhǔn)確，施工精細(xì)，規(guī)模宏大。羅馬人在公元前4世紀(jì)用拱券技術(shù)砌筑下水道、隧道、渡槽。公元前2世紀(jì)，用火山灰和石灰的混合物制成的天然混凝土得到廣泛應(yīng)用，有力地推動(dòng)了古羅馬的拱券結(jié)構(gòu)的大發(fā)展。如萬(wàn)神廟的圓形正殿屋頂，直徑43.43米，是古代最大的圓頂廟。古羅馬的公共建筑類型多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工水平高，已初步建立了土木建筑科學(xué)理論，如維特魯威著《建筑十書(shū)》奠定了歐洲土木建筑科學(xué)的體系。并對(duì)歐洲土木建筑的發(fā)展有深遠(yuǎn)影響。古羅馬時(shí)期的建筑物雖經(jīng)常采用拱形，但因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有對(duì)拱這種結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，所以他們并不知道如何合理選擇尺寸，古羅馬建筑中的拱都是跨度較小的半圓拱，而且各部分的尺寸都比現(xiàn)代的拱笨重。 從17世紀(jì)中葉到20世紀(jì)中葉的300年間，土木工程得到迅猛發(fā)展，脫離了經(jīng)驗(yàn)階段，形成了學(xué)科的理論體系。伽利略和牛頓所闡述的力學(xué)原理是近代土木工程發(fā)展的起點(diǎn)。土木工程作為一門學(xué)科逐步建立起來(lái)，法國(guó)是它的前驅(qū)。1716年法國(guó)成立道橋部隊(duì)，1720年成立交通工程隊(duì)，1747年創(chuàng)立巴黎橋路學(xué)校，培養(yǎng)建造道路、河渠和橋梁的工程師。但這時(shí)的工程師卻和古羅馬時(shí)代人一樣，繼續(xù)地憑借經(jīng)驗(yàn)和臆斷來(lái)決定構(gòu)件的尺寸。18世紀(jì)下半葉，規(guī)模宏大的產(chǎn)業(yè)革命，為土木工程提供了性能優(yōu)良的建筑材料和施工機(jī)具。1856年貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法發(fā)明后，鋼材越來(lái)越多地應(yīng)用于土木工程，使土木工程有了第二次飛躍。19世紀(jì)20年代波特蘭水泥制成后，混凝土的出現(xiàn)給建筑物帶來(lái)了新的經(jīng)濟(jì)、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使土木工程產(chǎn)生了新的施工技術(shù)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，是土木工程的第三次飛躍。 第二次世界大戰(zhàn)后的40多年間，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，社會(huì)生產(chǎn)力出現(xiàn)了新的飛躍，土木工程進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。前20多年土木工程的特點(diǎn)是進(jìn)一步大規(guī)模工業(yè)化，后20多年的特點(diǎn)則是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)土木工程的進(jìn)一步滲透。規(guī)模極大的工程成為這一時(shí)期的代表 ，如西爾斯大廈 （高443米，1974年；美國(guó)）、多倫多電視塔（高553米，1975年；加拿大）、亨伯橋（跨度1410米的懸索橋，1980年；英國(guó)）、青函海底隧道（長(zhǎng)53.85千米，1988年 ；日本）、楊浦大橋（跨度602米的斜拉橋，1993年；中國(guó)）。這些工程適應(yīng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，其特征是工程功能化、城市立體化、交通高速化，在這些特征的影響下 ，構(gòu)成土木工程3要素的材料、施工和設(shè)計(jì)理論也出現(xiàn)了新趨勢(shì) ：材料輕質(zhì)高強(qiáng)化、施工過(guò)程工業(yè)化、理論研究精密化。

標(biāo)簽：土木工程力學(xué)實(shí)際