物理學(xué)和力學(xué)1力學(xué)

1、力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué) 沒有今日的基礎(chǔ)科學(xué)，就沒有明日的科技應(yīng)用。.可以想象，我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)科學(xué)將怎樣地影響21世紀(jì)的科技文明。李政道 力學(xué)是物理學(xué)的有機(jī)組成部分。物理是百花園，力學(xué)是其中一叢花。在科學(xué)中物理學(xué)是最基本的和無(wú)所不包的，并對(duì)全部科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。 Feynman1力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)1.1發(fā)展著的物理學(xué)物理（physics）源于希臘文自然稱為自然哲學(xué) 。公元前420年：德莫克利特(Democritus)提出原子論，一切物質(zhì)均由無(wú)限多個(gè)不可分割、看不見的原子所組成(只分水、火、土、氣四種)。 公元前300年：浮力、杠桿、輪軸、天文學(xué)。（代表人物：阿基米德）

2、 羅馬滅亡后：人類在物理學(xué)，乃至整個(gè)科學(xué)進(jìn)入一個(gè)停滯期，基督教的神學(xué)主宰一切，科學(xué)黑暗期。 2文藝復(fù)興時(shí)：科學(xué)才從神學(xué)禁錮中解放出來(lái)。 1543年：哥白尼（波蘭人，1473年1543年）對(duì)神學(xué)提出質(zhì)疑，發(fā)表天體運(yùn)行論，說明天體運(yùn)行是以太陽(yáng)為中心。 1609年1618年：開普勒歸納出行星運(yùn)動(dòng)三定律。 1632年：伽利略發(fā)表兩學(xué)派的對(duì)話，推翻地球中心說。 十九世紀(jì)：經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展已很完整。 3力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)經(jīng)典物理學(xué) 力學(xué)：1687年牛頓集力學(xué)理論之大成。熱學(xué)： 早期：鉆木取火。秦李冰父子利用巖石加熱再驟冷會(huì)裂開的技術(shù)開鑿都江堰。 十七世紀(jì)：伽利略制造氣體溫度計(jì)。 1662年：玻意耳發(fā)現(xiàn)定

3、溫時(shí)，定量氣體的壓力與體積成反比。 焦耳 開爾文玻爾茲曼吉布斯4光學(xué)：公元前約一世紀(jì)光反射。17世紀(jì)光折射。1611年開普勒發(fā)現(xiàn)全反射。1615年斯奈爾（荷蘭人）發(fā)現(xiàn)折射定律。1675年牛頓做光的色散實(shí)驗(yàn)。1678年惠更斯（荷蘭人）首創(chuàng)波動(dòng)學(xué)說。1801年楊格（英國(guó)人）發(fā)現(xiàn)光的干涉。1889年赫茲（德國(guó)人）發(fā)射電磁波。 幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)物理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、量子光學(xué)現(xiàn)代物理學(xué)5力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)電源自希臘文琥珀（elektron）。 17世紀(jì)：吉爾伯特（英國(guó)人）發(fā)現(xiàn)地磁。 18世紀(jì)：靜電、靜磁、庫(kù)侖定律。 1800年：伏打電池。 1820年：奧斯特發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁。安培發(fā)現(xiàn)電流和磁場(chǎng)關(guān)系。 1

4、826年：歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律。 1830年：亨利(美國(guó)人)發(fā)現(xiàn)變動(dòng)的電流和感應(yīng)電壓之關(guān)系。 1831年：法拉第(英國(guó)人) 發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。 1864年：麥克斯韋提出麥克斯韋方程式(Maxwell quation)。 電磁學(xué)：6力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)近代物理學(xué)(兩大基石:量子力學(xué)及相對(duì)論) 二十世紀(jì)以后發(fā)展的物理稱為近代物理。 1900年普朗克(德國(guó)人)提出量子論，經(jīng)20多年發(fā)展成量子力學(xué)。 1905年愛因斯坦提出狹義相對(duì)論。 近代物理以研究對(duì)象作為分類依據(jù)基本粒子物理(elementary particle physics)原子核物理(nuclear physics)原子分子物理(atomic

5、 and molecular physics)凝聚態(tài)物理(condensed matter physics)表面物理(surface physics)等離子體物理(plasma physics) 7力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)物理學(xué)的發(fā)展對(duì)人類生活的影響 經(jīng)典物理學(xué)的影響力學(xué)：筷子、釘錘、板手、天平利用杠桿、輪軸、滑輪、螺旋等簡(jiǎn)易機(jī)械。 鐘表利用擺振蕩的等時(shí)性。飛機(jī)利用流體力學(xué)。 光學(xué)：鏡子、車燈利用光反射。放大鏡、照相機(jī)利用光折射。望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、投影機(jī)、攝影機(jī)、電影放映機(jī)綜合應(yīng)用。 8熱學(xué)：用火烤熟食物、用火來(lái)驅(qū)逐野獸。冰箱、冷暖氣機(jī)、蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)利用熱能與功相互轉(zhuǎn)換。溫度計(jì)利用熱脹冷縮。 電

6、磁學(xué)：發(fā)電廠利用電磁感應(yīng)。洗衣機(jī)、電扇利用電能驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。電燈、電飯鍋、電熨斗利用電能轉(zhuǎn)換成熱能或光能。收音機(jī)、電視、無(wú)線電話、微波爐利用電磁波原理。 9力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)鐳射(Light Amplification by Stimulated Emission of Radation，簡(jiǎn)稱LASER 激光) 利用原子能態(tài)躍遷核能發(fā)電利用原子核物理晶體管利用半導(dǎo)體物理超導(dǎo)體高溫、低溫超導(dǎo)對(duì)電腦、通信 、航天科技、宇宙探索的影響深遠(yuǎn)。近代物理學(xué)的影響應(yīng)用物理、理論物理、凝聚態(tài)、非線性物理等等10力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)1.2物理學(xué)科的美學(xué)特點(diǎn)“三性”簡(jiǎn)潔性:1)物理模型: 質(zhì)點(diǎn) ,剛體，間諧波等

7、2)光電效應(yīng): 截止頻率,逸出功,飽和電流,截止電壓,延遲時(shí)間,-愛因斯坦公式: mv2/2=h-A11力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)1)數(shù)學(xué)的抽象:1+1=22)普朗克黑體公式的誕生3)開普勒總結(jié)天體運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律4)愛因斯坦-“統(tǒng)一場(chǎng)”理論普遍性：12力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué) 所有力學(xué)規(guī)律的等價(jià)(伽利略)-所有物理規(guī)律的等價(jià)(愛氏)-非慣性系(引力場(chǎng)) :所有物理規(guī)律的等價(jià)-廣義相對(duì)論電磁場(chǎng)-微觀:強(qiáng)弱相互作用-統(tǒng)一場(chǎng)論狹義相對(duì)論慣性系愛因斯坦對(duì)“普遍性”的追求:13力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)對(duì)稱性：物理規(guī)律在某些變換下具有不變性。1)力學(xué)規(guī)律具有伽利略不變性；2)電磁理論及整個(gè)物理理論；3)愛氏的相對(duì)

8、論；14力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)1) 面對(duì)著名的邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)果：既然可以討論究竟有沒有絕對(duì)空間(以太)，那么也就可以討論究竟有沒有絕對(duì)時(shí)間；有沒有絕對(duì)的空間對(duì)時(shí)間的變化率絕對(duì)速度。2) 既然對(duì)于兩慣性系，所有力學(xué)規(guī)律都是等價(jià)的，那么對(duì)于兩慣系是否所有物理規(guī)律也是等價(jià)的？3) 對(duì)于兩個(gè)慣性系，所有力學(xué)規(guī)律經(jīng)伽利略變換是對(duì)稱的，那末同樣對(duì)于兩慣性系，所有物理規(guī)律要經(jīng)過什么樣的變換才也是對(duì)稱的呢？ 關(guān)于相對(duì)論，愛因斯坦是如何進(jìn)行對(duì)稱性思維的呢？15力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)“If such a symmetry is indeed found, the question could still be

9、 raised whether there could not exist corresponding elementary particles exhibiting opposite symmetry ,such that in the broader sense there will still be overall right left symmetry.”“如果發(fā)現(xiàn)了這種不對(duì)稱，那么我們又要問，是否相應(yīng)地還存在著另一種表象相反不對(duì)稱的基本粒子行為，從而在更廣泛的意義上，仍然保持著總的左右對(duì)稱?！?-李政道，楊振寧16力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)“三感”穩(wěn)定感(家園感):1）從笛卡兒的守恒觀-

10、牛頓的守恒定律-宇宙的有限-電荷，質(zhì)能的恒定-。使人深感物質(zhì)世界的實(shí)在、可知和穩(wěn)定。2）當(dāng)愛因斯坦用絕對(duì)光速取代牛頓的絕對(duì)時(shí)空時(shí)，人們最終還是接受了,因?yàn)槿藗冇X得這只不過是以一個(gè)絕對(duì)的“最快”替代了原來(lái)心目中的絕對(duì)“最大”。而“皈(歸)依” 尚存， “絕對(duì)”依舊。17力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)延伸感:1）伽利略的斜面思想實(shí)驗(yàn)；2）牛頓的萬(wàn)有引力；3）任一熱循環(huán)分解成無(wú)數(shù)個(gè)卡諾循環(huán): 熵4）無(wú)數(shù)子波合成-惠更斯原理奇妙的光速18力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)節(jié)奏(層次)感:1）“死亡意味著什么?” 愛因斯坦脫口而出：“意味著再也聽不見莫扎特的音樂了”。2）把握大自然的脈搏，振動(dòng)與波是物質(zhì)世界的基本存在方式。

11、3）玻爾的氫原子鐠線圖(層次)，的人物關(guān)系樹圖。4）電子在一維勢(shì)井里運(yùn)動(dòng)，在幾率大處有節(jié)奏地停頓。 尤如跳三步舞。19力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)李薩如圖形玻爾的氫原子譜線圖20力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)1.3時(shí)間和長(zhǎng)度的計(jì)量1.4單位制和量綱1.5數(shù)量級(jí)的估計(jì)1.6參考系坐標(biāo)系與時(shí)間坐標(biāo)軸自學(xué)21力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)1.7力學(xué)-學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始什么是力學(xué)？物體的空間位形隨時(shí)間的變化，包括靜止、移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)、變形、流動(dòng)、波動(dòng)、擴(kuò)散等。力學(xué) 研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。22力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的研究方法工程問題力學(xué)模型數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算符合實(shí)際 ？ 結(jié)束是否力學(xué)知識(shí)工程經(jīng)驗(yàn)力學(xué)知識(shí)力學(xué)知識(shí)數(shù)學(xué)工

12、具23力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)模型質(zhì)點(diǎn)當(dāng)所研究的物體運(yùn)動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其本身的幾何尺寸時(shí)，物體的形狀和大小對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響很小，這時(shí)可以將其抽象為只有質(zhì)量而無(wú)體積的質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)系包括質(zhì)點(diǎn)、剛體、彈塑性體和流體等。剛體是質(zhì)點(diǎn)間距離始終保持不變的質(zhì)點(diǎn)系。剛體是抽象的力學(xué)模型。真實(shí)物體受力以后都會(huì)變形，當(dāng)物體的變形和運(yùn)動(dòng)尺度相比小的多時(shí)，則可簡(jiǎn)化為剛體。24力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)研究飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，飛機(jī)可視為質(zhì)點(diǎn)25力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道時(shí),衛(wèi)星可視為質(zhì)點(diǎn)；但研究衛(wèi)星姿態(tài)控制時(shí)，則不能視為質(zhì)點(diǎn)。26力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)學(xué)科學(xué)科分類一般力學(xué) 重點(diǎn)研究一般質(zhì)點(diǎn)系和剛體系固體力學(xué) 重點(diǎn)研

13、究固體流體力學(xué) 重點(diǎn)研究流體(液體和氣體) 屬于一般力學(xué)的有理論力學(xué)(狹義的)、分析力學(xué)、外彈道學(xué)、振動(dòng)理論、剛體動(dòng)力學(xué)、陀螺力學(xué)、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等；屬于固體力學(xué)的有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)等；流體力學(xué)是由早期的水力學(xué)和水動(dòng)力學(xué)這兩個(gè)風(fēng)格迥異的分支匯合而成，現(xiàn)在則有空氣動(dòng)力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、多相流體力學(xué)、滲流力學(xué)、非牛頓流體力學(xué)等分支。各分支學(xué)科間的交叉結(jié)果又產(chǎn)生粘彈性理論、流變學(xué)、氣動(dòng)彈性力學(xué)等。 學(xué)科的性質(zhì) 力學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科 力學(xué)又是一門技術(shù)學(xué)科 力學(xué)是橫跨理工的橋梁！27力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的應(yīng)用 航天工程（神州五號(hào)）28力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的應(yīng)用 航天工程航天清華一號(hào)小衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)29力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的應(yīng)用 航空工程30力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的應(yīng)用機(jī)械工程超導(dǎo)懸浮31力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的應(yīng)用土木工程上海南浦大橋32力學(xué)第一章物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)的應(yīng)用土木工程高層建筑與大型橋梁 浦 東 開 發(fā) 區(qū)“雙子星”(“911”事