力学与工程:一名优秀的工程师首先是力学家(4)

前面举的所有的这些建筑，都是在上面这两个年代以前，在以前为什么会有这么复杂的建筑?为什么有如此精巧的建筑呢?回答，人的经验。就是说因为人都是要学习、要改变自然，所以他就一代、一代地往下传，这种经验是非常可贵的，判断力一天比一天丰富，就完成了房屋、桥梁各种复杂结构的建筑。

在公元一世纪，罗马的建筑大师维特鲁力 (Vitruii) 在他所著的《建筑十书》中说:“因为人们有着模仿和善于学习的性质，所以每天彼此夸耀发明，互相显示建房的成就，就这样竞争锻炼了才能，判断力一天比一天丰富，而完成了房屋。”就形象地说明人们经验积累的过程。我国周朝关于工程的历史文献《考工记》中说:“天有时，地有气，才有美，工有巧。合此四者，然后可以为良。材美工巧，然而不良，则不时，不得地气也。”是说要达到好的工程设计和制造，所需要考虑的因素。

按经验的工程也非常伟大，但是凭经验的工程需要许多人、许多代的积累，所以结构形式比较少，发展改变很慢，所以一千年来我们村里面的那些建筑形式基本上没有变，我在农村待过，基本上是上面有一根梁，下面有一个檩，梁，檩，然后椽，基本上是这个形式，没有特别新的形式。连皇帝居住的宫殿也是一代又一代都是这样的。这都是变成格式，都是死的，他们脑子里都背会了。现在我们有不少的工程人员搞设计，他们大半还是凭经验，原因是什么呢?原因是他不懂力学。

所以结论，要凭经验的话，你要当一个好的工程师一定要记住前人的一些好的设计，好的工程师一定要记住，记住这个以后，你根据你的学问然后再不断地改进，然后产生新的结构、新的产品。

现代工程是在18世纪之后形成的。可以毫不夸张地说，现代工程是力学学科的产儿。

著名的力学家冯卡门 (Von Karman，1881-1963) 说:“科学是去发现已经存在的，而工程是要创造世界上从来没有的。”

冯卡门

在力学直接指导下完成的产品，可以举调速器和钟表两个例子来说明。它们都是以前没有的。看上去它们都是不起眼的小玩意，可是它们的出现改变了人类的生活方式，引起社会革命性的变化。

1712年，英国人托马斯·纽可曼 (Thomas Newcomen,1663-1729) 发明了大气压蒸汽机。不过它的速度很不稳定，派不上多大的用途。瓦特的一项重要发明是在蒸汽机上安装了离心调速器，这大约是1782年前后的事情。这种调速器的构造简单得可以当做现今理论力学的一个习题。它是蒸汽机所以能普及应用的关键，也是人类自动调节与自动控制的开始。由于人们能够自由地控制蒸汽机的速度，才使蒸汽机应用于纺织、火车、轮船、机械加工等行业，才使人类大量使用自然原动力成为可能，这才有后来兴起的产业命。

钟表的发明应当追溯到伽利略对单摆等时性的研究，后来荷兰力学家惠更斯 (Christiaan Huygens，1629-1695) 发明了摆钟。这就是现代计时器的开始。由于钟表的发明，改变了人们的生活，使航海能够准确定位，也为其他科学研究提供的精确的计时装置。还是由于社会对钟表的大量需求，促进了机械加工、机床的生产，也就是说促进了机械行业的发展。

从现代关于工程的定义我们也能够看出力学学科的作用。一位斯坦福大学电机工程教授斯密斯 (RalphJ. Smith，1907-1997) 说:“工程是最优地应用科学以自然资源来造福的艺术行业。”另一位叫林赛 (S. E. Lindsay) 的工程师在1920年说得更加明确，他说:“工程是安全与经济的实践，它采用服从科学定律的力和天然的材料，经过组织、设计、施工以满足人们的普遍利益。”所以可以说，力学是现代工程最重要的理论支撑，也可以说支撑现代工程的大厦主要的理论支柱就是力学。

由于力学和自然科学的发展产生了一系列新的工程领域:冶金、造船、采矿、化工、电机、机械、造纸、纺织、发电、核工程、半导体、电讯、航空和航天，复合材料、橡胶、塑料、机器人等等。

从无到有，如电机、核工程、航空、航天等，它们是基础研究的产物。这些新工程领域，第一批涉猎者都是力学家和科学家。

下面这几张图片所表示的现代工程的杰作中，每一项都有大量的力学家参加工作。都有力学家的汗水，而且可以说最重要最大量的工作，都是与力学有关的。

文章来源：《工程力学》 网址: http://www.gclxzz.cn/zonghexinwen/2020/1018/373.html