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[发展的力学世界] 力学的发展

时间:2019-01-20 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  力学是一门专门研究物体运动规律的科学,是自然科学的基础学科之一,力学不仅跟我们的日常生活密切相关,而且是实现工业、农业和国防现代化的科学动力。   一、理想成现实
  人类很久以前就有飞往太空的理想,流传于人们中间嫦娥奔月的故事就是其中的一曲,今天随着科学技术特别是力学的发展,这个理想已经变为现实。1969年7月16日早晨9点32分阿波罗11号飞船连同它的三十六层楼房高的土星5号火箭在肯尼迪角的39A综合发射台发射了。当时飞船上载有三名航天员,当飞船与“土星5”火箭第三级分离,飞船沿过渡轨道飞行2.5天后,便开始接近月球,此时飞船服务舱的主发动机减速,使飞船进入环月轨道。接着,两名航天员进入登月舱,并驾驶登月舱与飞船分离,这时飞船指挥舱内的一名航天员继续驾驶飞船绕月球轨道飞行,而另两名航天员则乘登月舱在月面着陆。登月后航天员采集了岩石和土壤(22千克),展开了太阳电池阵,安装了月震仪等。任务完成后,他们乘登月舱的上升级返回月球轨道,与飞船对接,最后返回地球。人们可以听到首次踏上月球表面的船长阿姆斯特朗的名言“这是个人迈出的一小步,但却是人类迈出的一大步”。开罗广播电台将阿波罗登月称为“人类最伟大的成就”。我国也于北京时间2007年10月24日18时05分左右,嫦娥一号探测器从西昌卫星发射中心由长征三号甲运载火箭成功发射。嫦娥一号”(Chang"E1)月球探测卫星由中国空间技术研究院承担研制,以中国古代神话人物嫦娥命名。中国首次月球探测工程嫦娥一号卫星是中国自主研制、发射的第一个月球探测器。实现了我们的探月梦想。
  二、发展中的力学新学科
  力学工作者研究了新型的动力机械,使人类控制自然的能力飞速向前发展。目前各种新型的动力机械正在不断地研制出来。
  力学的分支工程――热物理就是一门专门研究新能源的利用方法以及各种新型动力机械的学科,在能源转换为动力的过程中发生的各种物理现象则是这门学科的主要内容。
  实现高速飞行,除了要有新型的动力机械外,还有许多困难要克服。比如当高速飞行器的速度达到声速十几倍时,飞行器的表面温度可高达摄氏一万度左右,在这种情况下,飞行器表面空气分子已经部离解,如沿用一般的动力学知识研究显然已不行,于是产生了力学的又一分支――高速空气动力学。这是一门专门研究在高温情况下空气动力学物理现象的学科,这门学科揭示的规律能真实的反映各种实际情况,因此是设计高速飞行器的重要理论基础。
  第二次世界大战前后,约有二十架英国的重型轰炸机接连失事。为什么会发生这样的事故呢?经过对飞机残骸的研究,发现这些事故都是由于金属“疲劳”造成的。
  “疲劳”问题涉及的范围十分广泛,几乎所有的现代工业。比如航空工业、机械工业、原子能工业、造船工业等都普遍存在着产品“疲劳”问题。在这种情况下,固体力学的一个分支――“疲劳”学诞生了,这是一门专门研究“疲劳”的成因、“疲劳”裂纹的产生、裂纹的扩展以及“疲劳”预防的学科,我们运用“疲劳”学知识可以把构件的“疲劳”寿命计算出来,还可以设计出抵抗“疲劳”破坏的新的结构。
  二十世纪30年代以来,一系列的由于寒冷而引起的脆断事故,特别是桥梁和船舶的破坏,引起人们的极大注意。为了探索这类事故原因,诞生了固体力学的另一分支――断裂力学,这是一门专门研究结构和材料的断裂规律以及放断措施的综合性学科,它主要研究外部条件和应力间的关系,确定材料的抗裂性能参量、指标及测试方法,提出合理选材的原则,建立起新的设计概念和安全措施,以控制和防止结构的断裂破坏。
  三、力学的新贡献
  现代飞机的速度增加得很快,由于空气动力加热造成的高温使飞机常用的铝合金和镁合金的机械性能急剧下降,当温度持续上升到260―315摄氏度时,这两种合金就完全不能使用了。与此同时,飞机结构还将承受更为严重的冲击和振动。
  为了解决上述问题,力学工作者研究出了一种新型材料――复合材料。复合材料由两种或多种具有不同性能的材料经人工复合而成,具有相当优异的力学性能,例如,高强度、高硬度、耐高温,可在1100―1300摄氏度下正常工作,此外,复合材料的耐腐蚀性、电绝缘性能、减震性能和抗磁性能也都很好,并且易于成型和加工。由于复合材料具有如此优异的力学性能,它在宇航和机械制造业中得到十分广泛地应用。现在已经用玻璃纤维复合材料制造火箭、导弹和发动机壳体,用玻璃钢制造汽车机车的机身及配件,制造石油管道、煤矿支柱、电机护环、带电操作工具等。
  四、生物体内也有力学
  尽管我们对宇宙空间和微观世界已有一定的认识,相比之下,对生命过程的了解却很不够。青少年朋友们,你们可知道水里动物为什么会游泳?昆虫、鸟类为什么会飞?血液为什么会流动吗?原来,生物中存在着许多力学问题,我们如果掌握了生物中的力学规律,就有可能拯救很多人的生命,为人类谋福利。例如,第一次世界大战期间,流行性感冒蔓延,许多人并发肺炎形成肺脓肿,医生怕病人感染,就在患者的胸壁开孔排脓,结果却使不少人死亡。经研究才明白这种手术违背呼吸的力学规律,后被制止才避免了更大的损失。
  生物力学目前已成为现代科学的一个重要领域,它主要用力学的方法研究生物系统功能和结构间的关系。现代生物力学的研究范围很广,从生物大分子,小分子集合体、细胞到各种动物、植物和人,以及整个生物系统和外界环境的相互作用,这些都是生物力学的研究对象,其中包括生物量子力学、生物热力学、创伤力学、医用流变学等等。
  生物力学是生理学和医学的理论基础,与人类健康密切相关,研究生物力学可以使我们更深刻的认识生命世界,更好的为工农业生产服务。人们预言,生物医学工程学会像当年的宇航技术那样吸引成千上万人的兴趣,生物力学将展现光辉灿烂的前景。
  
  
  
  
  
  

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