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?9月17日 ， 杨卫在浙江大学为本科生主讲《力学导论》
导读
2018年9月17日，刚卸任国家自然科学基金委主任一职的杨卫回到曾经工作过6年的浙江大学，为本科生主讲本科生通识课程《力学导论》 。杨卫梳理了力学从古至今、从西至东的发展脉络，强调了工程科学在现实层面上的意义 。世贸大厦为什么会坍塌？日本的“三十三堂”为什么能够防震？答案在力学里 。
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讲者 | 杨 卫
整理 | 赵 沛
责编 | 张 欢
我先介绍一下什么是力学 。在《大百科全书·力学卷》中，对力学比较新的定义是：“力学是关于力、运动及其关系的科学 。力学研究介质运动、变形、流动的宏微观行为，揭示力学过程及其与物理、化学、生物学过程的相互作用 。”力最早是研究机械运动的规律 ， 后来扩展到所有相互作用 ， 有相互作用就有力 。六年前在北京召开了在中国举办的第一次世界力学家大会——第23届世界力学家大会 ， 这也是历届大会中参会人数最多的 。当时，给参会所有力学工作者发的英文邀请信里提到力学的时候用了三句话：1、Mechanics simplifies the first glimpse of scientific understanding of the human being for the physical world（力学标志着人类对物理世界之科学理解的第一缕曙光）；2、Mechanics forms the background of science and engineering（力学构成理工的脊梁）；3、Mechanics paves the foundation for infrastructures of numerous cities in the world （力学铺就了世界上无数城市建设的基石） 。我将从五个方面给大家介绍力学往事 。
溯源——理工合一中华文明发展中的“学”和“匠”是分离的 。中国古代的学者被称为“士”，如孔子、孟子等，他们的地位和匠人是不可同日而语的 。但是西方科技发展的早期是不分理工的 。举一个例子——达·芬奇（Leonardo da Vinci） 。达·芬奇是一位著名的画家，是位艺术工作者，但是他还有其他许多身份，比如人体解剖学是达·芬奇最早开始研究的，他与医学的发展有很大关系 。我曾经去过意大利的博洛尼亚大学，这是世界上最早的大学，已经有900多年的历史了 。这所大学里面最珍贵的就是当年他们建校的时候，教授做医学研究留下的各种各样的仪器、设备和教学草稿等 。所以艺术家和医师都是共通的，雕刻大理石和拿手术刀没有太大区别 。同时达·芬奇还是位非常伟大的工程师 。比如他设计的水轮机中，包括一个弹性势能的释放装置，水轮机一旋转就把装置绞紧，没有水的时候弹簧就松开释放弹性势能 。达·芬奇的手稿里还曾经表现过湍流，由大涡和小涡重重叠叠地构成，这是现代力学研究的一个重要内容 。我们的国家博物馆曾经展出过一次达·芬奇工程方面的手稿 ， 里面的设计非常精致 。一两年前清华大学艺术博物馆刚刚开放的时候，里面最珍贵的展品就是租了一批达·芬奇手稿的高仿复制品 ， 让观众领略达·芬奇当时对工程方面的研究 。所以工程、医学、艺术和达·芬奇都是联系在一起的 。那个时候的艺术家都非常善于把工程和科学方面的一些研究用艺术的手段表现出来 。
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?500多年前 ， 达·芬奇画作中的湍流由大大小小旋涡组成
另一位著名的科学家是伽利略(Galileo Galilei) 。他是意大利著名的物理学家、天文学家和哲学家，是近代实验科学的先驱者，其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说 。人们传颂：“哥白尼发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙 。”史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）说，“自然科学的诞生要归功于伽利略，他在这方面的功劳无人能及 。”伽利略最著名的一本著作叫做《关于两门新科学的对话》，这本书的书皮是一面墙，中间插着一根梁，下面吊着一个重物，这是我们一个典型的材料力学问题 。用我们今天的模型来说，就是一根悬臂梁，它有一定的长度和高度，在一端有一个重物，使它产生弯曲 。伽利略在几百年前就开始研究这个问题，他认为，梁在受到重物弯曲时，最下面的一层是不变形的 ， 而上面的层被拉长 ， 受到的力是上面最大，下面为零 。这个模型后来被发现是错的 。所以现在用的不是伽利略的梁模型，而是欧拉-伯努利（Euler-Bernoulli）梁模型，在这个模型里梁的上面受拉，下面受压 ， 中间有一个地方是不变的，我们叫做中性面或中性轴 。所以伟人犯错误也是必然的 。
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