力學教科書的變化也是力學史的一部分[1]。 本文打算考察一本歷史力學教科書[2]，其作者是Lord 和Tait。 今年也是該書主要作者洛德逝世100周年。 就本書的題材而言，與現(xiàn)在的理論力學教材比較接近。 當然，內(nèi)容和呈現(xiàn)方式也發(fā)生了很大變化。
洛德和泰特于1867年發(fā)表了《物理學》，對當時的后世物理學家產(chǎn)生了重要影響。 因此，該書被列為1920年之前力學史上最重要的100篇文獻之一[3]。 隨后，他們主要利用書中數(shù)學較少的內(nèi)容碰撞的動量矩定理，編寫了教科書《The of》，于1872年出版，供專科生使用。 本文介紹了本書的作者和內(nèi)容碰撞的動量矩定理，并分析了本書的特點。
2關(guān)于作者
(1824-1907)英國物理學家。 1845年獲得劍橋大學文學學士學位后，在巴??黎物理學家、化學家亨利的實驗室工作，一年內(nèi)發(fā)表了12篇科學論文。 1846年至1899年，他擔任該大學自然哲學教授。 建立了英國第一個物理實驗室。 1866年，他因主持第一條跨大西洋電纜而被女王授予爵士爵位。 1890年至1895年，他擔任英國皇家學會主席。 1892年受封爵，故又稱勛爵。 他一生發(fā)表論文600多篇，擁有數(shù)十項專利。
彼得·泰特（Peter Tait，1831-1901）是一位英國物理學家和數(shù)學家。 自1852年以來，他一直擔任劍橋?qū)W院的研究員和講師，并于1854年擔任劍橋大學女王學院的數(shù)學教授。從1860年起，他成為該大學的自然哲學教授。 他的學術(shù)工作包括氧氣和其他氣體的放電效應(yīng)、四元數(shù)、熱電和熱對流。 除了合著專著和教科書外，他還撰寫了《(1867)》、《The》(1867 with )、《to》(1873) 和 (1878 with )
3 簡介
本書分為預備知識和抽象動態(tài)兩部分。
預備知識分為4章。 主要空間是前兩章，運動學和動力學。 運動學中，針對點的曲線運動引入了速度和加速度的概念，并分析了勻加速運動； 還介紹了角速度和角加速度的概念，但不使用剛體模型，而是使用連接動點和定點的直線方法； 用幾何方法討論了簡諧振動及其疊加； 具體討論了擺線等各種動點軌跡； 最后通過實例解釋了自由度和約束的概念。 動力學開始討論質(zhì)量、動量、動量變化、動能、動能變化、慣性、力、測量和單位制等基本概念； 定義了力的分量，用幾何方法推導了質(zhì)心公式，引入了重心的概念，并建立了引入慣性矩的概念； 引入了扭矩和力偶的概念； 簡要提到了虛速度和虛功率（作者稱之為虛矩），但認為它們是牛頓理論的次等替代品（ ）； 定義了功和勢能的概念；然后他詳細闡述了牛頓三定律，作者稱之為公理，并附有拉丁文文本。 特別是，作者對牛頓第三定律進行了解釋，推導出D'原理； 然后根據(jù)牛頓第二定律和第三定律推導出質(zhì)心。 運動定理、動量定理、動量矩定理等； 還詳細建立了功能原理，包括推導虛擬工作定律； 綜合運用動量定理、動量矩定理和能量關(guān)系來解決碰撞碰撞問題； 從能量的角度來闡述。 作用量可變的原理； 最后，更詳細地討論了穩(wěn)定性和振動問題。 第三章實驗很短。 除了一些哲學討論之外，它解釋了錯誤的處理。 第 4 章“測量和儀器”較短，涉及時間和空間單位以及特定的測量儀器。
第二部分由三章組成。 第五章是一個非常簡短的介紹，討論剛體和不可壓縮流體模型及其局限性，并描述了分析力學問題的建模方法。 第六章是粒子靜力學并討論吸引力。 力系統(tǒng)平衡的條件是力多邊形閉合； 然后詳細討論了各種情況下平面力合成和分解的幾何方法； 然后利用投影法研究力的合成與分解； 然后利用空間坐標來處理空間力的合成與分解。 ；最后，從力合成的角度計算不同幾何形狀的吸引力。 第7章是固體和流體的靜力學。 首先利用幾何方法計算兩個平面上平行力的結(jié)果，然后推廣到多個空間的情況； 然后定義了力偶并證明了力偶的性質(zhì)； 討論了力系統(tǒng)的簡化； 闡述了硬化公理，并使用它進行了許多分析。 特定剛體系統(tǒng)的平衡； 從懸鏈線出發(fā)討論變形體的平衡，詳細分析彈性線的平衡，包括彎曲和扭轉(zhuǎn)，并進行類比； 討論了非靜定問題的處理； 分析了正六面體的微觀結(jié)構(gòu)，推導了單元的受力特性，且剪應(yīng)力相等； 解釋了格林觀點需要21個彈性常數(shù)，引入均勻性和各向同性并解釋了相應(yīng)的彈性常數(shù)個數(shù)，最后定義了彈性模量； 詳細闡述了圣棱鏡扭轉(zhuǎn)問題的解決方法； 固體平衡問題已經(jīng)討論完畢，梁的彎曲已經(jīng)結(jié)束； 對流體問題的討論從理想流體的定義開始； 然后分析流體的壓力，計算不同幾何形狀的壓力合力和主力矩； 討論分析了漂浮物體的平衡性和穩(wěn)定性； 還分析了勻速旋轉(zhuǎn)的均勻不可壓縮流體的平衡性和穩(wěn)定性。
4幾個特點
本書的突出特點是強調(diào)物理概念的清晰度，同時盡可能使用簡單的數(shù)學工具。 主要內(nèi)容用代數(shù)、幾何和三角方法進行講解。 直到流體壓力部分的最后部分才使用多重積分。 作者這樣做不僅是出于教學目的，而且認為證明方法的簡化不僅表明對學科的理解更加深入，也是進一步發(fā)展的最可信保證。
這本書以通俗的方式列出了當時相對較新的研究成果，包括作者的工作。 例如，作者在動力學部分簡要介紹了他的工作，并在變形固體和流體平衡部分多處引用了他的工作。
與現(xiàn)代教學內(nèi)容相比，靜力學部分沒有本質(zhì)區(qū)別。 畢竟，靜力學理論體系的建立是在1803年《靜力學原理》出版之后才基本完成的[1]。 動力學的基本原理也有現(xiàn)代的雛形，因為1788年《分析力學》出版后，特別是1834年他的方程組發(fā)表后，經(jīng)典動力學的理論體系也完成了。 運動學主要只包括當前點的運動部分。 總體來說，關(guān)于剛體和剛體系統(tǒng)的內(nèi)容很少，這顯然與工程技術(shù)發(fā)展的需要有關(guān)。
值得一提的是，該書的作者實際上認為()是誤用，應(yīng)該叫()。 按照牛頓的初衷，力學是關(guān)于機器及其制造的藝術(shù)（the of, and the art of those）的科學。 現(xiàn)在所說的動力學就是（），北美的工程力學教科書中仍然使用動力學的用法。 其中教材中，動力學包括運動學和動力學兩部分，它們與靜力學一起構(gòu)成了工程力學。
參考
[1]吳繼科. 力學史。 重慶出版社，2002年
[2]吳繼科. 1920年以前力學發(fā)展史上的100篇重要文獻. 力學與實踐, 2006, 28(6): 85-91
[3]W. ，PG泰特。 的 . 紐約: , 2002
發(fā)表于《力學方法論與現(xiàn)代科學技術(shù)——第三屆全國力學歷史與方法論研討會論文集（蘭州，2007年7月4-6日）》（鄭曉靜、周友和、王勝哲主編，蘭州大學出版社） ，2007）：313-316
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