《力學(xué)史拾貝》前言

一門學(xué)科的歷史，無論對于了解這門學(xué)科的過去與現(xiàn)在，對于研究成果的評價(jià)，及制定學(xué)科發(fā)展規(guī)劃都很重要。所以世界各國都很重視對學(xué)科歷史的研究和教學(xué)。學(xué)科史是“史”，但又不僅是“史”。好的學(xué)科史能讓我們看到一門學(xué)科在演化過程中的核心競爭力與生長點(diǎn)，也能促進(jìn)學(xué)科認(rèn)知論和方法論的研究，從而推動學(xué)科向前發(fā)展。

現(xiàn)代自然科學(xué)是從力學(xué)開始的，到19 世紀(jì)末，精確的自然科學(xué)主要是力學(xué)。愛因斯坦和英費(fèi)爾德指出：“在力學(xué)中假如知道一個(gè)運(yùn)動物體現(xiàn)在的運(yùn)動狀態(tài)和作用在它上面的力，那么它的未來的路徑是可以揭露的，而且它的過去也是可以揭發(fā)的。例如所有行星的未來路徑都是可以預(yù)知的，作用在它們之上的是只跟距離有關(guān)的牛頓萬有引力。經(jīng)典力學(xué)的偉大成果暗示著機(jī)械觀可以無例外地應(yīng)用于物理學(xué)的任何分支部門，所有的現(xiàn)象都可以用引力或斥力來解釋，而這些力只與距離有關(guān)，并且作用于不變的粒子之間。”（A.愛因斯坦，L.英費(fèi)爾德著。《物理學(xué)的進(jìn)化》。周肇威譯。上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1962，41-42 頁）

20 世紀(jì)以來，在力學(xué)理論的指導(dǎo)和支持下，取得的工程技術(shù)成就不勝枚舉，如原子彈、氫彈、火箭、導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、核潛艇、巨型輪船、高速列車、海洋平臺、高層抗震建筑、高水平的斜拉橋和吊橋、大型機(jī)械與微型精密機(jī)械等，都體現(xiàn)了力學(xué)研究的成果和貢獻(xiàn)。另一方面，由力學(xué)現(xiàn)象研究在20 世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的混沌、分叉、分形，已成為標(biāo)志自然科學(xué)新發(fā)展的非線性科學(xué)的核心部分。周培源先生說：“力學(xué)是關(guān)于物質(zhì)宏觀運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。”“只要自然界存在著機(jī)械運(yùn)動，以及機(jī)械運(yùn)動和其他各級運(yùn)動形式的相互聯(lián)系，力學(xué)就永遠(yuǎn)有無止境的研究課題，永遠(yuǎn)有無限光輝的前景。”（周培源。《周培源文集》。北京：北京大學(xué)出版社，2002，109-110 頁）

《力學(xué)史拾貝》收入的許多力學(xué)史文章，是根據(jù)作者親身經(jīng)歷過的事，又查證了一些資料寫就的。

周培源先生是1946 年建立的國際理論與應(yīng)用力學(xué)研究會的首屆理事。《國際理論與應(yīng)用力學(xué)研究會的建立過程》文，起源于1956 年10 月在北京大學(xué)辦公樓禮堂，聽周培源先生介紹1956年舉行的第9 屆世界力學(xué)家大會情況，和國際理論和應(yīng)用力學(xué)研究會1946 年成立情況的報(bào)告。

馮·卡門是國際理論與應(yīng)用力學(xué)研究會的創(chuàng)始人之一。馮·卡門所發(fā)現(xiàn)的卡門渦街是流體力學(xué)中很重要的現(xiàn)象，在自然界中常可遇到。《馮·卡門與卡門渦街》文，介紹了卡門渦街的發(fā)現(xiàn)和研究歷史，及其在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。美國宇航局曾將衛(wèi)星拍攝的卡門渦街照片，評選為最佳衛(wèi)星照片。

《九十津城話湍流》和《關(guān)于周培源大學(xué)生力學(xué)競賽的瑣憶》文，均與周培源院士1991 年10 月在天津大學(xué)所作一生中最后一次的學(xué)術(shù)報(bào)告有關(guān)。1995 年作者建議將中國力學(xué)學(xué)會1986 年開始舉辦的“青年力學(xué)競賽”，更名為“全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽”；1996 年10 月在第3 屆全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽頒獎會上，主持了鄭哲敏院士作“錢學(xué)森的治學(xué)精神”報(bào)告，都已成為難忘的記憶。

《力學(xué)有兩方面的服務(wù)對象》文，介紹了錢學(xué)森先生在中國力學(xué)學(xué)會成立50 周年時(shí)，致信學(xué)會指出“力學(xué)有兩方面的服務(wù)對象”。周培源先生也有這方面的論述。文章對中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會先后兩位主席，對力學(xué)有兩方面服務(wù)對象的看法作了系統(tǒng)敘述，并提出幾點(diǎn)思考。

《言傳身教育人心》文，記述了王仁先生1956 年在北京大學(xué)對作者的一次口試，以及2000 年他作為中國力學(xué)學(xué)會前理事長，為《力學(xué)與實(shí)踐》期刊的“科學(xué)家談力學(xué)”欄目帶頭撰寫力學(xué)科普文章的往事。《仁厚篤實(shí)、辛勤奉獻(xiàn)的一生》文，為紀(jì)念王仁院士誕辰百年，記述了王仁先生對力學(xué)和地球動力學(xué)的卓越貢獻(xiàn)。

《泰勒和第一顆原子彈的故事》文，介紹了英國劍橋大學(xué)的泰勒教授用其1941 年6 月的研究成果，對美國公布的1945 年7 月第一顆原子彈爆炸時(shí)火球擴(kuò)脹的照片，計(jì)算出美國第一顆原子彈的爆炸當(dāng)量為1.7 萬噸TNT 當(dāng)量的有趣故事。指出了力學(xué)理論研究具有前瞻性，和量綱分析方法具有解決復(fù)雜問題的強(qiáng)大能力。《泰勒提出湍渦的故事》介紹了泰勒院士1915 年，在湍流研究中首先提出湍渦概念的故事。

計(jì)算機(jī)是20 世紀(jì)最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，對人類的社會活動和生產(chǎn)活動產(chǎn)生了極其重要的影響，并以強(qiáng)大的生命力飛速發(fā)展。《馮·諾依曼，計(jì)算機(jī)和力學(xué)》介紹了第一臺電子計(jì)算機(jī)發(fā)明和計(jì)算力學(xué)出現(xiàn)，以及作者參觀第一臺電子計(jì)算機(jī)的故事。

作者1986 年曾在位于河北保定市的河北大學(xué)校園內(nèi)，建造了我國第一座祖藉河北保定淶水的南北朝科學(xué)家祖沖之的塑像。《祖沖之與圓周率》文，是為紀(jì)念祖沖之對圓周率研究的貢獻(xiàn)，撰寫的紀(jì)念文章。

張國藩和舒瑋是天津大學(xué)的兩位流體力學(xué)教授，《張國藩教授及其對流體力學(xué)的研究》和《斯人己去，風(fēng)范猶存》文，分別是對兩位教授的紀(jì)念文章。

《從嚴(yán)復(fù)和馬寅初在天津的塑像談起》，記述了這兩位北京大學(xué)前校長的一些事跡和貢獻(xiàn)。

《梵高＜星月夜＞及其洋流版》和《渦旋星系與太空版＜星月夜＞》文，介紹了荷蘭繪畫大師梵高的名畫《星月夜》,與美國科學(xué)家哈勃1926 年提出的著名星系分類“音叉圖”，和多姿多彩的渦旋星系,以及美國宇航局公布的全球海洋表層的洋流圖象，可使讀者對流體渦旋有更加具體生動的了解。

《孤立波與孤立子》文，介紹了從1834 年在流體運(yùn)動中發(fā)現(xiàn)孤立波，經(jīng)過60 年的爭論，60年的寂靜，和當(dāng)今在多學(xué)科、多領(lǐng)域的重要應(yīng)用，充分說明了力學(xué)基礎(chǔ)研究的重要性，力學(xué)中基本規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和研究，有極其深刻的意義。

英國科學(xué)家牛頓1687 年提出了流體的應(yīng)力和應(yīng)變率成正比的黏性定律，后來將符合它的流體稱為牛頓流體，不符合的稱為非牛頓流體。

《從鞬鞘囊腫談起—漫談材料的觸變性》文，記述了作者1966 年在天津市第一中心醫(yī)院巧遇我國外科權(quán)威（原北京協(xié)和醫(yī)院外科主任）張紀(jì)正先生對鞬鞘囊腫的治療經(jīng)過，及后來在流變學(xué)的學(xué)習(xí)研究過程中對材料觸變性的理解。

美國科學(xué)家賓漢和巴勒斯坦工程師雷納，受古希臘哲學(xué)家赫拉克利特“一切皆流”的啟發(fā)，提出了“流變學(xué)”，并于1928 年在美國提議成立了流變學(xué)會（Rheological Society），研究材料（既包括流體形態(tài)，又包括固體形態(tài)的材料）的變形和流動。《流變學(xué)的產(chǎn)生和研究對象》文，介紹了國際和中國流變學(xué)的產(chǎn)生和研究歷史。

諾貝爾獎獲得者、法國物理學(xué)家德·熱納1991 年在諾貝爾獎授獎會上，用“軟物質(zhì)”一詞概括了處于固體和理想流體之間的復(fù)雜液體等物質(zhì)，逐漸得到國際科學(xué)界的廣泛認(rèn)可。《軟物質(zhì)與硬科學(xué)》文，介紹了軟物質(zhì)的基本慨念、主要特性和研究歷史。從本書的這幾篇文章可了解，關(guān)于非牛頓流體、流變學(xué)、軟物質(zhì)的研究之間的聯(lián)系。

《涂布流動的研究史》文，介紹了感光材料產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，以及自1824 年以來，在感光材料發(fā)展300 年的歷史過程中，流體力學(xué)曾經(jīng)和正在起著的關(guān)鍵作用。

化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)很重要的產(chǎn)業(yè)，既生產(chǎn)很多各種產(chǎn)業(yè)所需要的原料，也提供很多中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品。在化工生產(chǎn)過程中，會涉及大量的流體力學(xué)問題。《漫談化工中的流體力學(xué)問題》文，介紹了化工中的流體運(yùn)動問題的5個(gè)特點(diǎn)，典型化工設(shè)備中流體的流動，指出了化學(xué)工業(yè)中流體力學(xué)問題的重要性和復(fù)雜性。

《石柱群形成之謎》文，從流體力學(xué)角度揭示了排列整齊有序的石柱群，是在火山噴發(fā)時(shí)，由于熱分格對流而形成的。

《多彩斑斕誠可愛》文，從冰心散文《肥皂泡》和世界名畫《吹肥皂泡的少年》說起，漫談了肥皂泡的形成、色彩和破裂，介紹了與肥皂泡有關(guān)的科學(xué)技術(shù)問題，并以北京奧運(yùn)游泳館水立方等建筑為例，討論了肥皂泡和建筑的關(guān)系。

《漫談動物運(yùn)動對仿生力學(xué)的啟示》文，指出動物經(jīng)過億萬年漫長的演化過程，形成了優(yōu)化的器官和組織，能巧妙地通過運(yùn)動，主動有目的地迅速改變其空間位置，文章具體討論了動物的運(yùn)動對仿生力學(xué)的—些啟示。

《我與＜力學(xué)與實(shí)踐＞》，《普及是科學(xué)的目的和歸宿》，《特色突出的精品期刊》三文，是作者在《力學(xué)與實(shí)踐》期刊創(chuàng)辦紀(jì)念年份，撰寫的紀(jì)念文章。

《國際天文年與日全食》文，是2009 年為紀(jì)念伽利略將望遠(yuǎn)鏡用于天文觀測四百周年所寫一篇評論。《兩書的創(chuàng)作過程及力學(xué)科普的差距》文敘述了《詩情畫意談力學(xué)》和《趣話流體力學(xué)》兩書的出版過程，并討論了力學(xué)科普的差距。《領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)新二月花》，討論了有關(guān)做學(xué)問寫文章應(yīng)追求怎樣的境界，可供青年學(xué)子切磋、參考。

《為有源頭活水來》，《三代院士談力學(xué)》文，是作者所寫的兩篇有關(guān)力學(xué)史書藉書評。《流體力學(xué)的好教材》文，評論了北京大學(xué)吳望一教授《流體力學(xué)（第二版）》，并介紹了作者多年在使用該教材講授流體力學(xué)時(shí)，配合使用美國1960 年代所出版、由知名流體力學(xué)專家演示講解的流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)電影的體會。文后附有這個(gè)流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)電影和講授專家的目錄。力學(xué)基礎(chǔ)課是大學(xué)理工科的重要基礎(chǔ)課程，所以這些學(xué)科的大學(xué)生和研究生適當(dāng)了解力學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷史是很必要的。

《力學(xué)史拾貝》是一本適合理工科大學(xué)生、研究生，大中學(xué)物理和力學(xué)教師，工程技術(shù)人員的優(yōu)秀力學(xué)科普和力學(xué)史讀物。

致謝本書多數(shù)文章曾在《力學(xué)酒吧》作過修訂發(fā)布，現(xiàn)又經(jīng)東莞理工學(xué)院張偉偉教授幫助集結(jié)成書，特此致謝。本書部分圖片系自網(wǎng)絡(luò)收集，來源已難以查實(shí)，僅供力學(xué)科普之用，特此致謝圖片的原作者和網(wǎng)站。

目錄

前言..........................................................................................................I

目錄...................................................................................................................................1

01 國際理論與應(yīng)用力學(xué)研究會的建立過程...........................................................................1

02 馮·卡門與卡門渦街.........................................................................................................14

03 關(guān)于周培源大學(xué)生力學(xué)競賽的瑣憶..................................................................................30

04 九十津城話湍流——記周培源教授1991年在天津的學(xué)術(shù)活動............................................38

05 力學(xué)有兩方面的服務(wù)對象——讀錢學(xué)森先生致詞有感......................................................44

06 仁厚篤實(shí)，辛勤奉獻(xiàn)的一生——紀(jì)念王仁院士誕辰百年...................................................50

07 言傳身教育人心——深切懷念王仁老師...........................................................................56

08 泰勒和第一顆原子彈的故事.............................................................................................60

09 泰勒提出湍渦的故事.......................................................................................................68

10 馮·諾依曼，計(jì)算機(jī)和力學(xué)...............................................................................................72

11 祖沖之與圓周率..............................................................................................................79

12 張國藩教授及其對流體力學(xué)的研究...................................................................................93

13 斯人己去，風(fēng)范猶存——緬懷實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)家舒瑋教授...................................................104

14 從嚴(yán)復(fù)和馬寅初在天津的塑像談起..................................................................................108

15 梵高《星月夜》及其洋流版.............................................................................................113

16 渦旋星系與太空版《星月夜》.........................................................................................118

17 孤立波與孤立子..............................................................................................................127

18 非牛頓流體及其奇妙特性................................................................................................135

19 從鞬鞘囊腫談起——漫談材料的觸變性...........................................................................143

20 奇異的電磁流變液體.......................................................................................................150

21 流變學(xué)的誕生和研究對象................................................................................................158

22 軟物質(zhì)與硬科學(xué)——漫話軟物質(zhì).....................................................................................169

23 涂布流動的研究史..........................................................................................................179

24 漫談化工中的流體力學(xué)問題.............................................................................................189

25 石柱群形成之謎——漫話石柱群與瑞利-貝納爾對流.........................................................202

26 漫談動物運(yùn)動對仿生力學(xué)的啟示......................................................................................211

27 多彩斑斕誠可愛——漫話肥皂泡.....................................................................................225

28 我與《力學(xué)與實(shí)踐》......................................................................................................238

29 普及是科學(xué)的目的和歸宿——紀(jì)念《力學(xué)與實(shí)踐》創(chuàng)刊30年............................................244

30 特色突出的精品期刊——紀(jì)念《力學(xué)與實(shí)踐》創(chuàng)刊40周年...............................................248

31 領(lǐng)異標(biāo)新二月花——與研究生漫談做學(xué)問寫文章.............................................................253

32 流體力學(xué)的好教材——評吳望一《流體力學(xué)（第二版）》...............................................259

33 國際天文年與日全食——附國際天文年主題曲歌詞.........................................................265

34 為有源頭活水來——評《偉大的實(shí)驗(yàn)與觀察》................................................................271

35 三代院士話力學(xué)..............................................................................................................274

36 兩書的創(chuàng)作過程及力學(xué)科普的差距..................................................................................278