生活在力学的世界

肖姝蓉

力学三大主角

还记得高中物理课堂上，验证牛顿第二定律、探究弹力和弹簧伸长量之间的关系、探究平抛运动等力学的初探实验，为我们开启了神奇的力学大门。其实，高中物理的力学还停留在对简单变量的研究，而大学力学专业研究的则是多变量甚至无数个变量的更为贴近实际的力学模型了。废弃的大楼如何实现定向、定点爆破？如何设计出质地轻薄但是强度符合安全系数的车用板材？这样的疑惑就是大学本科力学专业研究的问题了。

力学是一个大家族，有静力学、运动学和动力学等“小伙伴”。其中静力学研究力的平衡或者说物体的静止问题，高中常做的力学分析多和它有关。运动学研究物体怎样运动，却把讨论运动与力的关系留给了动力学。

而运动物体的形态又可以分为固体、气体和流体，由此可衍生出各个特定的研究方向。比如研究汽车行驶时，空气流经汽车时的流动规律及其与汽车的相互作用，就涉及流体力学的分支——空气动力学。本科阶段的力学专业没有细分固体、气体、流体等研究方向，除了中国科技大学的中国近代力学系主要以理论研究为基础，其他高校的力学专业多注重实践性，统称“工程力学”。但即使同为工程力学专业，各学校的偏向也会有一些不同。我们学校将其设在土木学院下，有一点土木工程专业的特色，比如会去参观钢结构厂房、长江大桥工地、混凝土及预应力结构研究室等等。而南京航空航天大学将其设在航空宇航学院下，并特设了本硕（博）连读的 “钱伟长实验班”，本科阶段会增设一些空气动力学的课程。

简言之，无论研究侧重在哪儿，物体、力和运动都是力学的三大主角。

力学专业主要课程

力学专业的主要课程有理论力学、材料力学、流体力学、振动力学、实验力学、结构力学、计算机基础知识及程序设计、CAD制图等。所有含“力学”二字的科目几乎都与力学专业相关。本科阶段虽然会接触到很多力学课程，但是都不会特别深入，如果对力学特别感兴趣的话，进一步深造是不错的选择。

你可能会注意到，这其中有一门特别的计算机课程，也许会感到奇怪，为什么要学程序设计呢？其实不只是力学，可以说所有基础性学科专业，一旦涉及复杂的实际应用问题，单纯靠人用笔演算、推导开展研究，远远达不到生产、生活的要求，也无法模拟出一个高度吻合的模型。比如，研究乒乓球与球拍接触瞬间的受力状况，在高中物理中我们可以将乒乓球看成质点，但实际作用时情况就复杂多了，乒乓球自身也有微小的形变，重心发生变化，它与球拍接触的是一个微小的面，而不是点。通过ANSYS和ABAQUS这两个常用力学分析软件，加以个性化的编程，能帮助我们还原复杂的力学模型，并借助计算机的运算迅速得到分析结果。

力学专业主要实践

力学专业的主要实践环节包括金属加工工艺实习，电工、电子实习，课程设计，毕业设计等。其余的各类实习呢，抑或是在炎炎夏日对学校的某个建筑物进行测绘测量，又或是在大型厂房内研究房屋模型的抗震性能等等。当然，各个高校不尽相同。

除了各类实习外，力学专业的另一类实践就是一些竞赛了。印象最深刻的是大三时参加的第一届全国大学生基础力学实验竞赛。通过笔试幸运入围后，在老师的带领下，我们从暑假就开始着手准备。比赛的主题是通过实验来验证已知铸铁材料的抗压能力、抗拉能力、抗扭能力等力学属性。在医疗和航空等诸多领域，我们需要既有强度又有韧度的高质量金属材料，研究、探索新型金属材料，尤其是复合材料的力学属性，也属于力学专业的应用范畴。

比赛具体环节是在一个铸铁试件上确定测量点，贴上跟指甲盖差不多大的应变片，对试件施加力矩和力的组合，再根据应变片的变形大小来反推铸铁材料的力学属性。应变片是什么呢？是一种很薄但是反应灵敏的材料，会随着所测物体的形变而形变。我们要用502胶水将应变片粘贴到准确的部位，然后将它发丝般粗细的两个焊脚焊接到专门记录其形变的仪器上，所以这个实验对动手能力要求很高。记得当时老师拿了一叠应变片进来，说：“这一片的价格是5元，现在免费给你们练习，你们可要珍惜哦。”事实上，为期两周的准备，我们每人几乎每天都要用掉几十片应变片，手指上沾满了502胶水，身上还散发着焊接应变片留下的独特气味。功夫不负有心人，加上主场作战的优势，我们取得了优异的成绩，这也是我第一次深刻体会到实践带来的快乐。

力学专业毕业生主要做什么

相信这是大家最关心的问题了。因为我们学校的工程力学专业具有土木工程专业的特色，从往届以及我们班的就业情况来看，去设计院、房地产公司、建筑工程公司以及继续深造是主要途径。

如果你喜欢与电脑打交道，比较擅长CAD制图软件，可以立志成为一名结构工程师。每年有几十万人挤破了脑袋参加国家注册结构师考试，薄薄一张证代表你在这个领域的权威性，具有相当高的含金量。如果你更愿意去工地等现场，喜欢全国各地跑项目出差的话，土建工程师也是相当有前景的。比如轨道施工开展复杂的地下作业，保证施工现场整体结构的稳定性就需要力学人才出马，科学分析现场地质、受力情况，通过严密推算，制订一份合理安全的施工方案。

也许你不太理解这两者的区别，打个比方：建央视大楼，结构工程师考虑的是这座大楼要立起来站得稳，需要用什么样的结构形式、用多大的梁柱、用什么样的钢材、各部位如何连接，着重设计;土建工程师考虑的是如何准备设备和材料、如何安排人工、如何控制施工质量和进度，着重施工。

除了建筑行业，在汽车制造、航空航天、船舶、石油等行业，力学人才都能“分一杯羹”，比如从事结构设计、产品模型的性能测试等等。假如你觉得本科学到的知识还不过瘾，希望接触到力学研究的最新前沿，考研考博甚至出国留学是最适合你的，研究方向多为上文所提到的固体力学、气体力学、流体力学等。

力学在众多行业中都扮演着重要的角色，如果你数学、物理基础不错，又是个比较耐心、细心、富有好奇心和研究精神的人，那么力学专业应该算是一个不错的选择。