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第13章 孩子们的超级工程（第10页）

力学的发展，从阐述最简单的物体平衡规律，到建立运动的一般规律，经历了大约二十个世纪。前人积累的大量力学知识，对后来动力学的研究工作有着重要的作用，尤其是天文学家哥白尼和开普勒的宇宙观。 17世纪初期，意大利物理学家和天文学家伽利略用实验揭示了物质的惯性原理，用物体在光滑斜面上的加速下滑实验，揭示了等加速运动规律，并认识到地面附近的重力加速度值不因物体的质量而异，它近似一个常量，进而研究了抛射运动和质点运动的普遍规律。伽利略的研究开创了为后人所普遍使用的，从实验出发又用实验验证理论结果的治学方法。

17世纪，英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼兹建立了的微积分学，使动力学研究进入了一个崭新的时代。牛顿在1687年出版的巨着《自然哲学的数学原理》中，明确地提出了惯性定律、质点运动定律、作用和反作用定律、力的独立作用定律。他在寻找落体运动和天体运动的原因时，发现了万有引力定律，并根据它导出了开普勒定律，验证了月球绕地球转动的向心加速度同重力加速度的关系，说明了地球上的潮汐现象，建立了十分严格而完善的力学定律体系。

动力学以牛顿第二定律为核心，这个定律指出了力、加速度、质量三者间的关系。牛顿首先引入了质量的概念，而把它和物体的重力区分开来，说明物体的重力只是地球对物体的引力。作用和反作用定律建立以后，人们开展了质点动力学的研究。

牛顿的力学工作和微积分工作是不可分的。从此，动力学就成为一门建立在实验、观察和数学分析之上的严密科学，从而奠定现代力学的基础。

17世纪荷兰科学家惠更斯通过对摆的观察，得到了地球重力加速度，建立了摆的运动方程。惠更斯又在研究锥摆时确立了离心力的概念；此外，他还提出了转动惯量的概念。

牛顿定律发表100年后，法国数学家拉格朗日建立了能应用于完整系统的拉格朗日方程。这组方程式不同于牛顿第二定律的力和加速度的形式，而是用广义坐标为自变量通过拉格朗日函数来表示的。拉格朗日体系对某些类型问题(例如小振荡理论和刚体动力学)的研究比牛顿定律更为方便。 刚体的概念是由欧拉引入的。18世纪瑞士学者欧拉把牛顿第二定律推广到刚体，他应用三个欧拉角来表示刚体绕定点的角位移，又定义转动惯量，并导得了刚体定点转动的运动微分方程。这样就完整地建立了描述具有六个自由度的刚体普遍运动方程。对于刚体来说，内力所做的功之和为零。因此，刚体动力学就成为研究一般固体运动的近似理论。

1755年欧拉又建立了理想流体的动力学方程；1758年伯努利得到关于沿流线的能量积分(称为伯努利方程)；1822年纳维得到了不可压缩性流体的动力学方程；1855年法国希贡纽研究了连续介质中的激波。这样动力学就渗透到各种形态物质的领域中去了。例如，在弹性力学中，由于研究碰撞、振动、弹性波传播等问题的需要而建立了弹性动力学，它可以应用于研究地震波的传动。 19世纪英国数学家汉密尔顿用变分原理推导出汉密尔顿正则方程，此方程是以广义坐标和广义动量为变量，用汉密尔顿函数来表示的一阶方程组，其形式是对称的。用正则方程描述运动所形成的体系，称为汉密尔顿体系或汉密尔顿动力学，它是经典统计力学的基础，又是量子力学借鉴的范例。汉密尔顿体系适用于摄动理论，例如天体力学的摄动问题，并对理解复杂力学系统运动的一般性质起重要作用。

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拉格朗日动力学和汉密尔顿动力学所依据的力学原理与牛顿的力学原理，在经典力学的范畴内是等价的，但它们研究的途径或方法则不相同。直接运用牛顿方程的力学体系有时称为矢量力学；拉格朗日和汉密尔顿的动力学则称为分析力学。

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在与此同时，另一帮孩子们的工作也如火如荼地展开……

第二项工作由一帮女生来完成。她们的任务很艰巨。因为，在未来的几天里，这艘小飞船将成为他们的零时住所。所以，她们要精心设计一番了。她们把飞船内部构造分成了三组。首组是：飞船操控舱。次组是：活动休息舱。最后有两个大小不等的舱室，大的作为橱房。小的作为卫生间。值得一说的是，活动休息舱的布置。里面有两块蜂窝上下铺，落式的。一个六边形蜂巢就是一张床。男女分别各有十张床位。而且，蜂窝上下铺内部安装着氧气行环、空调、广播电视等系统设备。里面还贴有他们各自喜欢的星系照片等。除了两块蜂窝上下铺外，在剩余空间里还有几件家具与健身设置，在这儿就不必细说了。她们安装布置完毕后，开始测试工作。

首先，测试的是操控系统。莉莉启动了飞船上的主电脑系统。随着按键与各式各样的仪表显示灯亮起，飞船的主电脑系统开始自述和提问了。

就听有一个女声正在汇报着：“▓开始启动与联接所有的系统。联接线路测试百分之十，联接测试百分之二十，联接测试百分之五十，联接测试百分之七十八，警报！在Q区域测试失败。发现异常，可能是未联接好或是线路受损等原因所造。终止测试吗，还是继续？叫我怎样作，请指示。▓”

莉莉沉稳的说道：“哦？是吗。那你先停下，等我们调整好，你再次启动吧。”

：“▓是！我就处在待命状态下。▓”

她们立即展开调查工作。

在飞船的控制系统接联某个线路点上有一处坏损了的线路点，而这个点正好是飞船导航设备与推进器的联接点。

如果没有它的话，那么飞船将无法飞行。就是能升空也无法向任何方向移动。原因很简单，就像一个患病的人一样，虽然大脑清醒但他脊髓受严重损伤了，造成神经电脉冲指令无法到达腿脚。也就造成了瘫痪。

她们把坏损的部件给换下，顺便再检查一便飞船上的所有设备接联点。等一切都确认无误了，莉莉再次下达命令，主计算机重新启动了测试程序。