本書匯集了錢學森、周培源、郭永懷、錢偉長等力學界35位院士的55篇文章,這些文章凝聚了三代力學家對于力學的看法和討論.按內(nèi)容歸納為:關(guān)于力學學科,力學學科的若干分支與研究方向,力學教育與力學科普四大類.文章后面附有院士的照片和簡介.
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在各方面的大力支持下,《院士談力學》一書終于出版了。
力學作為應用性較強的基礎(chǔ)科學,在我國的科學發(fā)展、經(jīng)濟建設和國防建設中發(fā)揮了不可替代的重要作用。在力學學科的發(fā)展過程中,逐漸形成了一支具有前瞻性、思想性、創(chuàng)造性和引領(lǐng)性的科學家群體,暨力學及其相關(guān)學科的院士群體。他們始終站在力學學科的發(fā)展前沿,高屋建瓴地論述力學發(fā)展中遇到的科學和應用問題,為力學學科的發(fā)展做出了歷史性的貢獻。
編者出于對院士群體的崇敬,并為弘揚他們的科學精神和學術(shù)思想;也出于對力學學科的熱愛,對力學史方法論研究的興趣以及對力學學科傳承和發(fā)展的責任感;同時為方便讀者閱讀、省去檢索查找之苦,便萌生了將院士談力學的文章集結(jié)成冊的想法。編者利用工作之余收集和整理相關(guān)資料,從院士們發(fā)表的大量論文和著作中,遴選出部分論及力學學科發(fā)展以及通俗易懂的文章集結(jié)為《院士談力學》一書,以供力學及相關(guān)學科的青年科技工作者閱讀參考,也歡迎社會各界力學愛好者閱讀此書。
《院士談力學》收集了包含周培源、錢學森、郭永懷、錢偉長等力學界35位院士的55篇文章。編者在收集資料、整理形成書稿的過程中,根據(jù)文章內(nèi)容并結(jié)合力學學科的特點,將其歸納為“關(guān)于力學學科”“力學學科的若干分支與研究方向”“力學教育”“力學科普”四部分。第一部分“關(guān)于力學學科”共有11篇文章,從中可以看到不同歷史時期的力學發(fā)展狀況,以及院士們描繪的力學和力學相關(guān)學科的發(fā)展藍圖。第二部分是“力學學科若干分支與研究方向”共有26篇文章。文章論述了建國以來我國主要力學分支學科的歷史沿革、發(fā)展現(xiàn)狀和未來前景,其中包括流體力學、固體力學、物理力學、爆炸力學、實驗力學、計算力學、滲流力學、工程力學、熱力學、環(huán)境力學、微尺度力學和生物力學等。第三部分“力學教育”是院士們對現(xiàn)代科學技術(shù)教育理念的相關(guān)論述文章,共4篇。第四部分“力學科普”共收錄14篇佳作,文章深入淺出,集科學性、邏輯性和趣味性于一體,具有鮮明特色。
編者特別邀請到我國兩院院士、國家最高科學技術(shù)獎獲得者鄭哲敏先生為本書作序,在此特別致謝!
《院士談力學》一書的出版,得到了作者或家屬的授權(quán),感謝他們的鼎力支持!部分院士還親自提供文章供編者采編,感謝他們!編者在編輯此書過程中,還得到北京大學武際可教授和天津大學王振東教授的熱忱幫助,在此一并表示感謝!
為便于讀者了解作者,書后附有院士的簡介和照片。由于版面所限,刪去了原文中的摘要和關(guān)鍵詞。
對于編輯中的缺點和不足之處,敬請讀者批評指正。
目錄
關(guān)于力學學科
談談對力學的認識和幾個關(guān)系問題 周培源(3)
論技術(shù)科學 錢學森(6)
我對今日力學的認識 錢學森(19)
當前力學發(fā)展的趨勢 錢偉長(20)
力學和它的發(fā)展 談鎬生(25)
21世紀初的力學發(fā)展趨勢 鄭哲敏,周恒,張涵信,黃克智,白以龍(35)
談談應用力學 鄭哲敏(45)
現(xiàn)代力學的發(fā)展 林同驥,浦群(48)
力學在現(xiàn)代自然科學和工程中的作用 白以龍(59)
關(guān)于力學學科 李家春,方岱寧(63)
從應用力學到工程科學 李家春(66)
力學學科的若干分支與研究方向
流體動力學簡介 周培源(71)
物理力學介紹 錢學森(79)
激波的介紹 郭永懷(89)
現(xiàn)代空氣動力學的問題 郭永懷(97)
關(guān)于非線性力學 錢偉長(108)
力學的展望——介紹“基礎(chǔ)力學” 談鎬生(111)
發(fā)展中的計算結(jié)構(gòu)力學 錢令希(115)
跨世紀的中國計算力學 鐘萬勰,程耿東(120)
流體動力學的發(fā)展——需求和前沿 李家春(127)
滲流力學的新發(fā)展 郭尚平,劉慈群,黃延章,閻慶來,于大森(139)
滲流力學發(fā)展值得重視的幾個方面 郭尚平(154)
力學的永恒魅力與貢獻——與時俱進的船舶力學 吳有生(156)
船舶流體力學的某些進展 何友聲(177)
高速飛行中的等離子體問題 吳承康(187)
航天與力學的發(fā)展 莊逢甘(196)
生物運動仿生力學與智能微型飛行器 崔爾杰(202)
固體力學發(fā)展的幾點看法 黃克智,靳征謨(213)
界面斷裂力學簡介與展望 王自強(218)
先進復合材料的宏微觀力學與強韌化設計:挑戰(zhàn)與發(fā)展 方岱寧(228)
功能鐵磁材料的變形與斷裂的研究進展 方岱寧,萬永平,馮雪,裴永茂,梁偉,仲政,蘇愛嘉,黃克智(238)
地質(zhì)材料的力學問題 王仁(270)
風沙運動研究中的若干關(guān)鍵力學問題 鄭曉靜,周又和(276)
高速鐵路工程中若干典型力學問題 翟婉明,金學松,趙永翔(285)
空間的物理學 胡文瑞(309)
談談對振動工程的看法 胡海昌(317)
國際傳熱研究前沿——微細尺度傳熱 過增元(320)
力學教育
研究工作與工程技術(shù)工作如何銜接 郭永懷(329)
淺談工程力學的任務與教育 張維(331)
我國力學專業(yè)教育現(xiàn)狀與思考 劉人懷(334)
對力學教育的若干思考 胡海巖(339)
力學科普
關(guān)于撰寫科普文章,宣傳力學貢獻的倡議信 錢令希,鄭哲敏,王仁,莊逢甘,白以龍(347)
力學到底是干什么的 談鎬生(349)
力學向何處去 談鎬生(352)
力學的反演?反演的力學 王仁(354)
小“洞不補,大洞吃苦”———論機械設備的“健康檢測” 王仁(361)
力學模型及其局限性 王仁(366)
力學幾落幾起,源于生活之樹長青 白以龍(371)
水面下的波浪———海洋內(nèi)波 李家春(376)
魚類波狀游動的推進機制 童秉綱(384)
核武器研制中的力學問題 朱建士,陳裕澤(393)
體育運動中的空氣動力學 賈區(qū)耀,崔爾杰(401)
使用拐杖的力學 俞鴻儒(406)
力學與沙塵暴 鄭曉靜,王萍(408)
關(guān)于鳴沙 鄭曉靜,楊堃(415)
《院士談力學》:
也是因為技術(shù)科學研究工作中,用數(shù)學分析和計算的地方很多,所以許多具體分析與計算的方法,像攝動法、能量法等,都是技術(shù)科學研究中所創(chuàng)造出來的。這方面貢獻特別多的是技術(shù)科學中的一個部門——力學。唯其如此,最近電子計算機的發(fā)展,就對技術(shù)科學的研究有深切的影響。因為電子計算機能以從前不可想象的速度進行非常準確的計算,有許多在以前因為計算太復雜而用實驗方法來解決的問題,現(xiàn)在都可以用計算方法來解決了,而且在時間方面以及所需的人力物力方面都可以比用實驗方法更經(jīng)濟。這一點說明了電子計算機在技術(shù)科學研究中的重要性。在將來,我們不能想象一個不懂得用電子計算機的技術(shù)科學工作者。但更要緊的是:由于電子計算機的創(chuàng)造,數(shù)字計算方法將更加多用,技術(shù)科學的研究方法將起大的變化。我們才在這改革的萌芽時期,而且電子計算機本身也在迅速地發(fā)展,將來到底能做到什么地步,現(xiàn)在還不能肯定,能肯定的是:下一代的技術(shù)科學工作者的工作方法必定和我們這一代有所不同。
我們在前面已經(jīng)說過:數(shù)學方法只是技術(shù)科學研究中的工具,不是真正關(guān)鍵的部分。那么,關(guān)鍵的是什么呢?技術(shù)科學工作中最主要的一點是對所研究問題的認識。只有對一個問題認識了以后才能開始分析,才能開始計算。但是什么是對問題的認識呢?這里包含確定問題的要點在哪里,什么是問題中現(xiàn)象的主要因素,什么是次要因素,哪些因素雖然也存在,可是它們對問題本身不起多大作用,因而這些因素就可以略而不計。要能做到這一步,我們必須首先做一些預備工作,收集有關(guān)研究題目的資料,特別是實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場觀察的數(shù)據(jù),把這些資料印人腦中,記住它,為做下一階段工作的準備,下一個階段就是真正創(chuàng)造的工作了。創(chuàng)造的過程是:運用自然科學的規(guī)律為摸索道路的指南針,在資料的森林里,找出一條道路來。這條道路代表了我們對所研究的問題的認識,對現(xiàn)象機理的了解。也正如在密林中找道路一樣,道路決難順利地一找就找到,中間很可能要被不對頭的蹤跡所誤,引入迷途,常常要走回頭路。因為這個工作是最緊張的,需要集中全部思考力,所以最好不要為了查資料而打斷了思考過程,最好能把全部有關(guān)資料記在腦中。當然,也可能在艱苦工作之后,發(fā)現(xiàn)資料不夠完全,缺少某一方面的數(shù)據(jù)。那么為了解決問題,我們就得暫時把理論工作停下來,把力量轉(zhuǎn)移到實驗工作去,或現(xiàn)場觀察上去,收集必需的數(shù)據(jù)資料。所以一個困難的研究題目,往往要理論和實驗交錯進行好幾次,才能找出解決的途徑。
把問題認識清楚以后,下一步就是建立模型。模型是什么呢?模型就是通過我們對問題現(xiàn)象的了解,利用我們考究得來的機理,吸收一切主要因素、略去一切不主要因素所制造出來的“一幅圖畫”,一個思想上的結(jié)構(gòu)物。這是一個模型,不是現(xiàn)象本身。因為這是根據(jù)我們的認識,把現(xiàn)象簡單化了的東西;它只是形象化了的自然現(xiàn)象。模型的選擇也因此與現(xiàn)象的內(nèi)容有密切關(guān)系。同是一個對象,在一個問題中,我們著重了它本質(zhì)的一方面,制造出一個模型。在另一個問題中,因為我們著重了它本質(zhì)的另一面,也可以制造出另一個完全不同的模型。這兩個不同的模型,看來是矛盾的,但這個矛盾通過對象本身的全面性質(zhì)而統(tǒng)一起來。例如,在流體力學中,在一些低速流動現(xiàn)象中,空氣是被認為不可壓縮的,無黏性的。在另一些低速流動現(xiàn)象中,因為牽連到附面層現(xiàn)象,空氣又變?yōu)橛叙ば缘牧。在高速流動現(xiàn)象中,空氣又變成可壓縮的了。所以同是空氣,在不同的情況下,可以有不同的模型。這些互相矛盾的模型都被空氣的本質(zhì)所統(tǒng)一起來。
我們已經(jīng)說過,在摸索問題關(guān)鍵點的時候,我們依靠自然科學的規(guī)律。這也說明技術(shù)科學的工作者必須要能徹底掌握這些客觀規(guī)律,必須知道什么是原則上可行的,什么是原則上不可行的,譬如永動機就是不可行的。我們也可以說唯有徹底掌握了自然科學的規(guī)律,我們的探索才能不盲目,有方向。正如上面所說的,自然科學的規(guī)律是技術(shù)科學研究的指南針。
有了模型了,再下一步就是分析和計算了。在這里我們必須運用科學規(guī)律和數(shù)學方法。但這一步是“死”的,是推演。這一步的工作是出現(xiàn)在科學論文中的主要部分,但它不是技術(shù)科學工作中的主要創(chuàng)造部分。它的功用在于通過它才能使我們的理解和事實相比較,唯有由模型和演算得出具體數(shù)據(jù)結(jié)果,我們才能把理論結(jié)果和事實相對比,才可以把我們的理論加以考驗。
由前面所說的技術(shù)科學工作方法看來,也許有人要問:技術(shù)科學的研究方法又有什么和自然科學研究方法不同的地方呢?我們可以說這里沒有絕對的差別,但是有很重要的相對差別。我們可以說以自然科學和工程技術(shù)來對比,工程技術(shù)里是有比較多的原始經(jīng)驗成分,也就是沒有嚴密整理和分析過的經(jīng)驗成分。這些東西在自然科學里一般是很少的,就是因為某一問題分析還不夠成熟,不可避免地含有經(jīng)驗成分,那也是自然科學家們要努力消除的。但在技術(shù)科學里就不同了。它包含不少的經(jīng)驗成分,而且因為研究對象的研究要求的不同,這些經(jīng)驗成分總是不能免的。因此這也影響了技術(shù)科學的研究方法,它在一定程度上是和自然科學的研究方法有所不同的。我們也可以從另一個方面來說,技術(shù)科學是從實踐的經(jīng)驗出發(fā),通過科學的分析和精煉,創(chuàng)造出工程技術(shù)的理論。所以技術(shù)科學是從實際中來,也是向?qū)嶋H中去的。它的主要的作用是從工程技術(shù)的實踐,提取具有一般性的研究對象,它研究的成果就對那些工程技術(shù)問題有普遍的應用。也正因為如此,技術(shù)科學工作者必須經(jīng)常和工程師們聯(lián)系,知道生產(chǎn)過程中存在的實際問題。有時一個技術(shù)科學工作者也直接參加解決生產(chǎn)中發(fā)生的問題,以取得實踐的經(jīng)驗。照這樣說,一個技術(shù)科學工作者的知識面必然是很廣闊的,從自然科學一直到主產(chǎn)實踐,都要懂得。不僅知識廣,而且他還必須要能夠靈活地把理論和實際結(jié)合起來,創(chuàng)造出有科學根據(jù)的工程理論。
有了工程理論,我們就不必完全依賴工作經(jīng)驗,我們就可以預見,這正如有了天體力學的理論,天文學家們就可以預見行星的運動,預告日蝕、月蝕等天文現(xiàn)象。由這一點看來,工程理論又是新技術(shù)的預言工具。因而技術(shù)科學也能領(lǐng)導工程技術(shù)前進,是推進工程技術(shù)的一股力量,是技術(shù)更新、創(chuàng)造新技術(shù)所不可缺的一門學問。
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