力学与工程是紧密相连的。工程技术的发展,不断提出新的力学问题;力学研究的发展又不断应用于工程实际并推动其进步。这里仅以力学与航空工程为例,作一简单的回顾。
发展历程
人们向往能在天空自由自在地飞行。但直到18世纪初,人类自己还没有真正飞起来过。
最先开始的飞行,是气球飞行。1783年6月,法国的蒙高兄弟(M.Josephand M.Etienne)公开表演了布袋式热气球飞行。
19世纪后,蒸汽机、电动机、内燃机等动力装置得到应用。出现了用动力装置作为辅助动力,靠充填氢、氦、热空气等产生升力的飞艇。
19世纪末,经典流体力学基础已经形成。到20世纪,研究飞行器或其他物体在同空气作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律的空气动力学从流体力学中发展出来,形成了一个新的学科分枝。
航空要解决的主要问题是如何获得飞行器所需要的举力(升力),减小飞行器的阻力并提高飞行速度。
1903年,莱特兄弟(美国)用他们自己制作的木制机身、双层帆布机翼螺旋桨飞机进行了第一次飞行。
1939年,随着燃气轮机的应用,第一架喷气式飞机诞生了。到1949年,英国研制成功第一架喷气式客机“慧星(Comet)号”,可载客80名,最大起飞重量达70吨,飞行的速度和距离得到了很大的提高。
1946年,阿克莱特、李普曼、中国学者钱学森和郭永怀分析了流场中出现的边界层和冲击波的相互作用,成功地解决了跨声速飞行中的空气动力学问题。相关力学理论的建立和工程中后掠式机翼的采用,使跨声速飞行成为现实。力学对突破航空中的声障起了关键作用。
力学与工程是紧密结合的,力学在研究自然界物质运动普遍规律的同时,不断地应用其成果,服务于工程,促进工程技术的进步。反之,工程技术进步的要求,不断地向力学工作者提出新的课题。在解决这些问题的同时,力学自身也不断地得到丰富和发展,新的分枝层出不穷。
科学应用
力学是一门既古老又有永恒活力的学科。它对于近、现代科学技术的进步,有着重要的影响。
2000年下半年,美国的三十几个专业工程协会评出了20世纪对人类影响最大的20项技术,力学在其中多项技术的发展中起着重要的、甚至是关键的作用。
电力系统技术
排在第一位的是电力系统技术,目前几乎所有输入电网的电力都是通过叶轮机带动发电机产生的。而叶轮机、发电机以及输电线路的设计都离不开力学。现在全世界电网装机容量约为40亿千瓦,每年发电约28万亿千瓦时,总值约10000亿美元。
汽车制造技术
排在第二位的是汽车制造技术。它同样离不开力学的支持。半个世纪以来,力学的发展使汽车发动机的效率提高了约1/3。
航空航天技术
排在第三位的航空技术和第十一位的航天技术,它们与力学的关系就更密切了。如前所述,航空和航天技术的每一个重大进展都依赖于力学的新突破。
21世纪,纳米科技已成为科技界最具活力与前景的重大研究领域之一。由于力学内在的特质及其所研究问题的普遍性,加上力学工作者的敏感,现代力学的最新分支—纳米力学迅速形成,成为与物理、化学、生物、材料科学等进行交叉研究的新学科而得到蓬勃发展。
在未来的科技发展中,力学仍将展示出永恒与旺盛的生命力并发挥出巨大的影响。