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段慧玲主讲才斋讲堂第八十四讲:力学——工程科学的基础
日期: 2014-10-17  信息来源: 新闻网记者 程梦稷

10月16日晚,北京大学工学院力学与工程科学系主任段慧玲研究员做客才斋讲堂第八十四讲,从力学的发展历史、学科分类与现实应用等方面入手,与学生们一同探讨了力学这座“连接科学与技术桥梁”的独特魅力。研究生院副院长刘明利主持并参加讲座。

段慧玲研究员从力学的学科地位讲起,以力学系在大学中的不同归类为例,向学生们说明了力学学科在人们的理解中往往被简单归于物理或土木工程的这一普遍误解。对于这一现象,段老师一方面提出力学是连接科学与技术、理论与应用的桥梁,而这一特点正是力学学科的魅力所在;另一方面则指出,只有在把握力学发展历史、学科分类的基础上,力学学科的独立性与现实价值才能被真正认识。

 
“力学——工程科学的基础”

理论力学萌芽于人类生活与工程设计的实际应用,是科学与工程的统一。段慧玲研究员以阿基米德、达芬奇、伽利略和牛顿这四位西方科学家为例,指出西方科学家对力学的发现与理论总结是与其具体运用相结合的过程。她进一步提出理论意义上的力学在中国古代并没有得到有效的发展,比如就极限理论而言,中国最早有庄子提出“一尺之棰,日取其半,万世不竭”的命题,而此后中国数学家刘徽用割圆术计算圆周率等等都包含着极限思想的萌芽,然而直到一千多年后,这一理论才从法国人柯西那里得到了精确系统的定义与论述。

继理论力学之后,标志着科学与工程分离的应用力学则是在近代兴起的,而上世纪初发源于德国哥廷根大学的哥廷根应用力学学派则是其中的代表,比如普朗特于1904年发表了著名的边界层理论,其弟子冯•卡门则参加了第一个风洞的筹建和“齐柏林”飞船的设计,并在赴美后建立古根海姆空气动力学实验室(GALCIT),集聚了当时世界上最优秀的空气动力学家,在航空航天技术方面取得了突破性进展,为人类进入空间时代奠定了科学基础。我国近代力学事业的奠基人钱学森、钱伟长都曾师从于冯•卡门教授,北大力学专业创办人周培源教授也曾在冯•卡门处访问,而中国科学意义上的力学也正是在这批近代有志学者的带动下真正发展起来的。

力学不仅有着源远流长的历史,而且更在当代发展出系统而独特的学科体系,全面而深刻地影响着人类社会的发展进步。就学科体系而言,力学发展出流体力学、固体力学、计算力学、动力学与生物力学等多个分支。因此,力学不仅与天文学、数学、物理学、生物学、环境科学等诸多学科有着广泛的交叉对话,而且更在影响社会生活的广度与深度上都有着其他学科所不及的条件。比如在计算力学方面,北大自主研发的有限元分析软件SAP84就已在北京植物园展览温室、北京西客站主体结构、上海浦东机场候机厅悬索屋顶的计算等国内数千个工程项目中发挥作用,再如在生物力学方面,科学家通过研究蜂巢的几何结构与力学性能,将强度大而重量轻的六角形结构与层状丝状的复合材料应用于飞机的板材设计中,实现了航空航天技术的一大突破。

最后,段慧玲研究员向同学们展示了北京大学力学专业的历史沿革、师资现状与国家投入的情况,并总结了力学作为“大工业的真正科学的基础”,是国家科技发展的需要,并将影响人类社会的长远发展,应当得到更多当代有志大学生的认识与关注。

 

编辑:舍予


   
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