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[其他相关] 谈谈你不知道的力学

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发表于 2018-12-17 12:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  力学是一门独立的基础学科,是有关力、运动和介质(固体、液体、气体和等离子体),宏、细、微观力学性质的学科,研究以机械运动为主,及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。力学是一门基础学科,同时又是一门技术学科。

  一、经典力学
  经典力学,又称古典力学或牛顿力学,是力学的一种,以三条牛顿运动定律作为基础,在宏观世界和低速状态下研究物体运动的有效方法。经典力学是作用于物体上的力學的一个物理模型。但是,经典力学是存在局限性的 它必须满足两个假定:

    · 第一个假定:假定时间和空间是绝对的,长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关,物质间相互作用的传递是瞬时到达的。经典力学实际上只适用于与光速相比低速运动的情况。在高速运动情况下,时间和长度不能再认为与观测者的运动无关。

    · 第二个假定:一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定,由此可知,经典力学只适用于宏观物体。在微观系统中,所有物理量在原则上不可能同时被精确测定。因此,经典力学的定律一般只是宏观物体低速运动时的近似定律。

  二、量子力学
  量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。

  量子力学并没有支持自由意志,只是于微观世界物质具有概率波等存在不确定性,不过其依然具有稳定的客观规律,不以人的意志为转移,否认宿命论。

    · 第一,这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观尺度之间,仍然有着难以逾越的距离;

    · 第二,这种随机性是否不可约简难以证明,事物是由各自独立演化所组合的多样性整体,偶然性与必然性存在辩证关系。自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题,对这个鸿沟起决定作用的就是普朗克常数,统计学中的许多随机事件的例子,严格说来实为决定性的。

  三、一般力学
  21世纪以来,一般力学已开始进入生物体运动问题的研究,研究了人和动物行走、奔跑及跳跃中的力学问题。

  工科离不开力学,在工科基础课中,开设了不同的力学课程:

    · 理论力学,假设物体不发生变形,用传统数学物理方法研究一切质点,物体的运动,静力学和动力学原理,机械原理的理论基础。

    · 材料力学,传统方法研究物体在各种载荷下,包括静力、静扭矩、静弯矩、振动、碰撞等机械零部件和装配设计,机械加工的理论基础。

    · 流体力学,研究一切流体在容器、管道中运动规律和力学特性,液压、气动、热分析的理论基础。

    · 分析力学,使用计算数学方法分析力学有限元素法,把受力对象拆解成有限个元素,对每个元素进行受力分析,通过联立偏微分方程组,用泛函求解,计算出每个元素,每个节点的应力应变。联立方程组可化为刚度矩阵和自由度组成的矩阵方程。

  四、生物力学
  当今生物力学发展正经历着深刻的变化。生命科学与包括力学在内的基础和工程科学交叉、融合,21世纪已愈来愈成为当今生命科学的研究热点,同时也是力学学科的新生长点。基础研究逐步精细化及定量化,大量数据的积累要求模型化及数学化,为生物力学研究开辟了新的用武之地。

  其核心是解决关键技术问题。当前生物力学的发展特点可大致归纳为:

    · 内涵扩大(生物医学工程,生物工程);

    · 有机融合(生命科学与基础,工程科学);

    · 微观深入(细胞-亚细胞-分子层次,定量生物学);

    · 宏观-微观相结合(组织工程、器官力学,信息整合与系统生物学)。

  宏观生物力学研究仍为主流,但宏观-微观相结合使微观生物力学研究发展十分迅速。当前生物力学发展的前沿领域主要包括:

    · 细胞-分子力学;

    · 器官-组织力学;

    · 骨骼-肌肉-关节力学;

    · 生物力学新概念、新技术与新方法等。

  希望看完这篇文章,大家能够对力学有所了解与认识,如果能对力学产生兴趣是更好的。

  来源:来源:兰大工学韶华微信公众号,作者:王新 郝轩宇。

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