谈谈你不知道的力学

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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。