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物理力学


物理力学
physical mechanics

   从物质的微观结构及其运动规律出发,运用近代物理、物理化学和量子化学等学科的成就,通过分析研究和数值计算阐明介质和材料的宏观性质,并对介质和材料的宏观现象及其运动规律作出微观解释的力学分支。物理力学的基础是量子力学、统计力学和原子、分子物理学。
   物理力学是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并做了开创性工作的是中国学者钱学森。物理力学产生的背景是:①出现了极端条件下的工程技术问题,所涉及的温度可高达几千至几百万开,压力达几万到几百万大气压(1大气压等于101325帕),应变率达106~108-1等。在上述条件下,介质和材料的性质很难用实验方法直接测定,而需用微观分析的方法来阐明。②出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况,因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题。③出现一些远离平衡态的力学问题,必须从微观分析出发,以求了解耗散过程的高阶项。④由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现,要求寻找一种以微观理论为依据合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。
   物理力学之所以出现,一方面是迫切要求能有一种有效的手段,预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律;另一方面是近代科学的发展,特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展,物质的微观结构及其运动规律已比较清楚,为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。
   其特点是:①注重机理分析。着重分析问题的机理,并借助建立理论模型来解决具体问题;只在作机理分析的资料不足时,才求助于新的实验。②注重运算手段。不满足于问题的原则解决,要求直接利用物理力学的成果作彻底的数值计算,力求采用高效率的运算方法和现代化的电子运算工具。③注重从微观到宏观。物理力学建立在近代物理和近代化学成就之上,运用这些成就建立起物质宏观性质的微观理论,是物理力学建立的主导思想和根本目的。
   虽然物理力学引用了近代物理和近代化学的许多结果,但它并不完全是统计物理或物理化学的一个分支,因为无论是近代物理还是近代化学,都不能完全解决工程技术中提出的各种具体问题。物理力学面临的问题要比基础学科中提出的问题复杂得多,它不能只靠简单的推演方法或只借助于某一学科的成就,而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。
   研究内容主要有平衡现象和非平衡现象。平衡现象包括气体、液体、固体的状态方程,各种热力学平衡性质和化学平衡等;解决这类问题主要借助于统计力学方法。非平衡现象包括4个方面:①趋向于平衡态的过程,如各种化学反应和驰豫现象(包括能量驰豫和化学驰豫)。②偏离平衡状态较小的稳定的非平衡过程,如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射输运等。③远离平衡态的问题,如开放系统中遇到的各种能量耗散过程。④平衡和非平衡状态下发生的突变过程,如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。
   物理力学的研究工作  ,目前主要集中在以下3个方面:①高温气体性质:研究气体在高温下的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的驰豫现象。②稠密流体性质:主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等。③固体材料性质:利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。
作者:佚名  来源:本站整理 
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