学术教科书以及在论文中已经使用现代观点后，它就被认为在机械工程上有着很重要的历史意义。 关键词 机械工程历史，机械力学， ， 历史，伽利略 文章大纲 介绍 对 伽利略 的 回顾 对现代的 意义 总结 第章 引 言 在文艺复兴早期， 随着实际应用 的增多 和社会需求 的 增加 ，产生了对 理论 概念的需要， 机械工程这主题就引起了越来越多的注意 。 虽然在文艺复兴期间 ,个别的研究和机器设计有所发展并获得了重要的进步，但是这 破坏了学科 界限 的 规范。事实上 ， 在大学里没有团体致力于研究 机械 工程的实际应用 方面。 机械力学这课题被当作 应用数学来教授， 更有些不成功的人企图不在大学框架规划内为工程师建立套详细而精确的设计计划 。 在 年 ，伽利略 在 非常有名 的帕多瓦大学里成功地提出了第个关于机械力学独立的学术课程 在这里，他使用了这篇简短的论文 它可以被译为机械问题。在 年 ，这篇论文似乎 已经 被 写出 来了。而 在伽利略的研究工作中， 通常被认为是次要的工作，因为在机 械力学这方面它只是伽利略著作 发展过程中最初的 几 步。 在 中，伽利略通过提升重物 来分析机器的基本原理，即杆绞盘 滑轮 ，和螺旋。通过调查机械的实际操作过程和使用适当的模型来精密分析这些机器，而这些模型建立在早期的几何学和运动学。另外，在论文中提到了被大家普遍关心的实际问题，因此，它已经被认为对实用工程和工程设计有了定的用处。 所有的机构 通过适当的模型来分析研究，说得更精确些，伽利略通过应用扛杆系 统来研究要分析的机构 。因此，机械的扛杆原理被认为是最基本的原理。伽利略明确地引用说，这与 阿基米德的机械问题中提到的经典法是致的。伽利略也提到这 项 工作由 做过。伽利略看起来似乎不仅已经被 极大地鼓舞着，而且也被像 和 以及 这些人的工作极大地鼓舞着。在那时，他们这些人正在 研究 决定刚性物体重心的问题，且 也 被 的古典著作 影响着。在 中，伽利略解释到，决 定刚体重心的理论分析 的结果能被运用到 研究 工程学 的实际问题当中去。实际上，这些问题当作的个方面使得 成为机械学术领域和现代 工程学发展过程中的个里程碑。 所写的 先驱著作 被 认为是 最早承认 力学 在机械制造中的 重要性。实际上伽利略看来似乎已经 从 的著作 中 和他与 友 好的接触 中得到了灵感。 在本论文中， 用 种现代的 数据整理分析的方法来 评论 论文，并且它的意义被按照历史 上 的和学术上的观点论述。 第二章 伽利略 的回顾 这篇简短 的论文 由些小章节组成，即就是，关于力 学 的介绍 和 所用的仪器设备，定义，机械广告，秤和扛杆系，绞盘，滑轮，螺旋，推进力。 伽利略在开始撰写这篇论文时就强烈地抨击种思想，那就是无论什么都可以被机械制造出来，这与他致力于创造永动机想法是互相矛盾的。然而，他强调，当机器的操作运转能完全地被力所作用的时候，机器就能 成为很有用的强大的工具。因此，他 用机械的力学 性能介绍了提升重 物 的 例子 ，这关系到 力 位移 和速 度之间的作用关系。实际上，通过强调当同样的大小冲量时，较大的力产生较 小 的 速度，较小的力 产生 较大的速度，伽利略清楚地 阐述 了机械动力这概念。伽利略 工程学 的观点 ，被种动力更进步地 阐述 了，那就是包括操作员在内，动力是任何种原始状态的 推动器。在介绍 这些初步观察 资料时，伽利略给机械效用和力学作用下了个定义，从而，认为机械力学成为个独立的学科有了定的价值。 在定义 这章节中，伽利略解释到，重力是向下移动的内因和本质 。他介绍说，他广泛地在这论文中引用个概念，即力的静力矩，来证明他所分析研究的扛杆系 统的平衡问题。实际上，这种方法被认为是，在处理机械 操作的 实际问题上，第个严格地应用力与运动这两个概念 。 因此，以这种通用的形式与方法，伽利略利用静态平衡条件来分析刚性物体重心的定义。从中他也推导出具体实际情况下的静态平衡的应用。 在这章节中 ,伽利略通过分析 速度来强调杠杆的 运动。另外， 他再次 阐 述了个静力矩的实际计算 方法 。 经过以上的初步说明后 ，伽利略分别用单独的章节来分析 每个机构的 基本原理。 伽利略非常详细地分析了 平时 实际中应用最 多的 杠杆的操作 方法，例如，杆秤 。 通过使用日常应用得术语，注释物体的特性 物质 形状 大小 来强调实际操作方法 。 通过确定 静态平衡，使用静力矩来分析研究 这种操作 。另外，在运动与平衡之间，通过速度赋值来描述 动态情况 。 对于机构分析来说，用 模型 来研究是非常适当的，模型被认为是最 早的 运动学 图。伽利略从现实 体系，如图 ，抽象出基本 的几何形态 ，如图 ， 来进行 运 动研究。 同样地， 论文中 普 遍利用 运动图 来辅助分析研究机 构 。 图 伽利略的杠杆模型 原始体系 运动图。 根据图 ，这种 平衡状态被清楚地 表述出来 了， 公式为 在以上的公式中， 是 被撬物体的重力 ， 是外作用力， 和 是距杠杆支点的距离。 在绞盘这章节中，伽利略 运用了 运动图 ，其中，他强调了轮轴和 负 载的作用， 相当于个杠杆，如图 所示 。 当他进行了不同的 等效 平衡分析 后，他用个简单直接的方式获得了 这台 机器 的效率和操作性能 。实际上，他也通过作图 大概讲 述了提高系统效率的 条路线。 如图 所示 ， 个物体通过适当的布置经过点 ， 这被认为是现代皮带传动的基本原理 。这种新的解决办法被认为是设计 成功的个例子，它能从实体模型中抽象出来进行分析。 图 伽利略 研究和改善的绞盘传动 绞盘体系中使用轴和载荷之间的力学性能，它的目的是强调力学在实际应用中的可行性，这比它提高的机械效率更加有用。作为这篇论文工程学的目的，这方面又被再次充分地解释。 在滑轮这章节 中，伽利略介绍了杠杆的第二种类型的基本原理和分析过程，即负载位于 支点和作用力之间 。随 后，他分析这种 系统的 力学和操作过程，并且 强调这是个 等效杠杆 系统。伽利略用运动图 介绍了滑轮，他指出它作为连续的操作杆的实际的效用，而不是使用个小的 力来提升重 物的优势。这种等距杠杆有着相等的杠杆臂，即滑轮半径。然后，他承认这种机器的设计目标是使操作 起来更加容易。另外，伽利略表示， 在机械设计中 通过 增加 滑轮的 倍数，并在 滑轮组上适当地加载物体，从这种机构 中可 以获得更加有效率的机器，这就产 生了复滑轮的设计。因此，通过个双杠杆方案，个滑轮体系能建立如图 所示的图，说得更精确些，要拉起电梯却只要其电梯重力半的作用力。 图 通过使用图 双杠杆模型来分析图 的 复滑车 通过这种方法的概括，伽利略示范了怎样设计和操作个倍数滑轮体系，这个倍数滑轮体系被认为是 个杠杆同若干个杠杆并行操作的体系。这是杠杆体系中偶数滑轮组的个例子。对于奇数的滑轮体系，伽利略也得到了个滑车和它等效杠杆体系运动图。为此，他注意到这种结论能在以前的例子中同样地得出。 在螺旋这章节中，伽利略以谈论螺旋的设计意义开始，因为螺旋在许多机器中有着不同的实际应用。为了解释螺旋的这种实际操作效率，伽利略经过个特殊的处理，引用有角杠杆，在斜面上，利用刚体的动力学来分析。另外，除重力以外当所有的作用力都被忽视时，他简述了在斜面上刚体动力学的基本原理。因而，与 的尝试相比，他以这种形式 获得了个正确的答案，并且也被 所接受。实际上在那个时候，这个课题还被许多人忙于研究，并且有些人找到了正确的方法。例如，在 年， 成功地解决了斜面永恒运动不可能性的这个问题。 如图 通过分析斜面交角杠杆 的平衡状态，伽利略解释了螺旋的研究过程，其实这也与图 所示的 斜面是等效的。 图 斜面 研究 模型 等效交角杠杆 现代 杠 杆微积分图。 如图 所示，沿着斜面的方向，已知角 ，利用平衡状态，则可以得出以下公式 但是根据如图 所示几何形态 得 因此，在图 中，考虑到 ， 即 杠杆的半径， 参考现代的图像， 图 得 以上杠杆的平衡状态是以静力矩平衡状态的形式表现出来的。 然后，伽利略阐明了像圆柱体的斜面螺旋。论文最后，他解释了在斜面上的刚体位移必须被分解为垂向分量，因为它起因于刚体重力的作用。 在关于阿基米德螺旋泵的 这章节中，伽利略描述了泵 的设计和它的实际操作过程。 这是螺旋设计和等效斜面应用于实践的个杰出 例子，他认为这设计不仅了不起而且非 常令人惊奇。这 个设计给 予了他证明实践 应用能成功的机会，沿着 给出的 固定螺杆泵的坡度，相当于个 等效斜面，如图，允许水沿着重力方向和沿着螺旋轴上升的方向流动 。 图 螺旋泵 的等效斜面 和 设计 在这篇论文中 ,伽利略对冲力 也作了简略的讲述。当时，冲力的实际应用， 还是个未解决的问题，。他 通过 动力 学性能 来 处理 这个问题，他认为 其 力 学性能 就是物体的速度和它所受力大小以及它的位移。伽利略解释到刚体产生位移是由于冲力的作用，冲力产生的能量和刚体吸 收能量产生的位移之间存在个平衡状态，并可 以用公式表示 其中 表示作用在刚体上的作用力， 表示作用在刚体上的反作用力， 表示 作用在刚体上的瞬时速度， 表示段很小的时间， 表示 产生 的位移。