古代力学(公元6世纪)
人类最早的力学知识是从对自然现象的观察和生产劳动中获得的。中国西安半坡村遗址(新石器时代仰韶文化,公元前3000多年) 出土的汲水壶采取尖底的形式,且壶空时在水面上会倾倒而壶满时又能自动恢复竖直位置。埃及第四王朝建立的胡夫陵墓即金字塔(公元前2600) 每边长232米,高146米,斜面倾角约为5o ,用230余万块巨石垒成,平均每块重2.5吨,建造运用滑轮组。有关运动学的很多知识是同对天体运行观测有联系的,中国河南安阳出土的甲骨文(约公元前1400) 已有日食和月食的常规记录。巴比伦人发现(公元前700) 日食、月食的沙罗周期。生产水平接近的不同地区,在劳动中运用力学知识也往往相似。古希腊罗马有一种提水壶(amphora), 它的外形和力学特点同中国半坡村的汲水壶类似。又如有一种灌溉设备,用短柱或树杈支撑一根横木,横木一端挂水桶,另一端系重物,提水时可以省力。
静力学的发端 中国春秋时期墨翟及其弟子的著作《墨经》(公元前4~公元前3世纪)
中,有涉及力的概念、杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度的叙述。古希腊阿尔库塔斯的著作中也有关于静力学的记录。为静力学奠定基础的是阿基米德,他在研究杠杆平衡、平面图形重心位置时,先建立一些公设,而后用数学论证的方法导出一些定理,阿基米德关于杠杆公设之一是:不等距的等重不能平衡,杠杆将向距离大的一侧倾斜。约公元一世纪,亚历山大的希罗更明确为平衡时“运动着的力和所经历的时间成反比”。经过一千多年的发展, 运动方法演化为虚位移原理,几何方法演化为用力矩表达的平衡条件。
有关运动的观念 古代对机械运动的描述只限于匀速直线和匀速圆周运动,亚里士多德
认为行星轨道应是最完美的圆。托勒密的地心说认为,太阳绕地球作匀速圆周运动,行星绕太阳作匀速圆周运动;至于运动和力的关系,古人尚无正确的认识。对运动的记录大多停留在定性的描述,许多和哲学观点相联系。
生产技术和力学 古代的建筑工程和器物制造反映出当时的力学水平。阿基米德制造过
能牵动船只的机械、表示日月运行的机械,但他认为这不能和纯科学相提并论。这种把以数学为根据的力学理论和工程技术中于应用的力学分离开来的观点在后世时隐时现。中国对力学的理解只能在技术应用中看到,而理论上的说明始终未能越出定性描述的范围。都江堰工程约兴建于公元前3世纪,由分洪工程、开凿工程和闸坝工程组成一个整体,它经历历代整修至今仍在发挥作用。中国音律所采用的三分损益律: 各音程比(即振动频率比) 交错地为三比二、三比四,这反映了中国早期乐器制造方面的理论水平。古罗马建筑师维特鲁威著有《论建筑》,讨论了起重机械和建筑结构形式。罗马帝国在公元100年左右已建成许多水道。
现存法国南部的尼姆渡槽长40公里,离地面约48米,结构采用多层半圆石拱形式。中国张衡制造的地动仪中采用可在地震时丧失平衡的倒立柱子来带动机构使龙口中含的铜丸落入下面蟾蜍口中以指明地震震源的方向。