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1 附錄Ⅱ 外文文獻(xiàn)翻譯 1593 年時 伽利略 的 的 早期 摘 要 本論文主要論述和評價 伽利略 在機(jī)械工程原理方面的成就。 篇簡短的論文，自從 它在 面被撰稿為第一本學(xué)術(shù)教科書以及在論文中已經(jīng)使用現(xiàn)代觀點(diǎn)后，它就被認(rèn)為在機(jī)械工程上有著很重要的歷史意義。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械工程歷史，機(jī)械力學(xué)， 史，伽利略 文章大綱 利略 回顧 現(xiàn)代的 意義 第一章 言 在文藝復(fù)興早期， 隨著實(shí)際應(yīng)用 的增多 和社會需求 的 增加 ，產(chǎn)生了對 理論 概念的需要， 機(jī)械工程這一主題就引起了越來越多的注意 。 雖然在文藝復(fù)興期間 ,個別的研究和機(jī)器設(shè)計有所發(fā)展并獲得了重要的進(jìn)步，但是這 破壞了學(xué)科 界限 的 規(guī)范。事實(shí)上 ， 在大學(xué)里沒有團(tuán)體致力于研究 機(jī)械 工程的實(shí)際應(yīng)用 方面。 機(jī)械力學(xué)這一課題被當(dāng)作 應(yīng)用數(shù)學(xué)來教授， 更有一些不成功的人企圖不在大學(xué)框架規(guī)劃內(nèi)為工程師建立一套詳細(xì)而精確的設(shè)計計劃 。 在 1597 ，伽利略（ 1564 非常有名 的帕多瓦大學(xué)里成功地提出了第一個關(guān)于機(jī)械力學(xué)獨(dú)立的學(xué)術(shù)課程 使用了這篇簡短的論文“ 它可以被譯為機(jī)械問題）。在 1593 年 ，這篇論文似乎 已經(jīng) 被 寫出 來了。而 在伽利略的研究工作中， 常被認(rèn)為是次要的工作，因為在機(jī) 械力學(xué)這一方面它只是伽利略著作 發(fā)展過程中最初的 幾 步。 在 ，伽利略通過提升重物 來分析機(jī)器的基本原理，即桿、絞盤 、滑輪 ，和螺旋。通過調(diào)查機(jī)械的實(shí)際操作過程和使用適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠砭芊治鲞@些機(jī)器，而這些模型建立在早期的幾何學(xué)和運(yùn)動學(xué)。另外，在論文中提到了被大家普遍關(guān)心的實(shí)際問題，因此，它已經(jīng)被認(rèn)為對實(shí)用工程和工程設(shè)計有了一定的用處。 所有的機(jī)構(gòu) 通過適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠矸治鲅芯?，說得更精確些，伽利略通過應(yīng)用扛桿系 統(tǒng)來研究要分析的機(jī)構(gòu) 。因此，機(jī)械的扛桿原理被認(rèn)為是最基本的原理。伽利略明確地引用說，這與 阿基米德的“機(jī)械問題”中提到的經(jīng)典法是一致的。伽利略也提到這 項 工作由 過。伽利略看起來似乎不僅已經(jīng)被 大地鼓舞著，而且也被像 及 些人的工作極大地鼓舞著。在那時，他們這些人正在 研究 決定剛性物體重心的問題，且 也 被 古典著作 影響著。在 ，伽利略解釋到，決 2 定剛體重心的理論分析 的結(jié)果能被運(yùn)用到 研究 工程學(xué) 的實(shí)際問題當(dāng)中去。實(shí)際上，這些問題當(dāng)作的一個方面使得 為機(jī)械學(xué)術(shù)領(lǐng)域和現(xiàn)代 工程學(xué)發(fā)展過程中的一個里程碑。 寫的 先驅(qū)著作“ 認(rèn)為是 最早承認(rèn) 力學(xué) 在機(jī)械制造中的 重要性。實(shí)際上伽利略看來似乎已經(jīng) 從 著作 中 和他與 好的接觸 中得到了靈感。 在本論文中， 用 一種現(xiàn)代的 數(shù)據(jù)整理分析的方法來 評論 文，并且它的意義被按照歷史 上 的和學(xué)術(shù)上的觀點(diǎn)論述。 第二章 伽利略 回顧 這篇簡短 的論文 由一些小章節(jié)組成，即就是，關(guān)于力 學(xué) 的介紹 和 所用的儀器設(shè)備，定義，機(jī)械廣告，秤和扛桿系，絞盤，滑輪，螺旋，推進(jìn)力。 伽利略在開始撰寫這篇論文時就強(qiáng)烈地抨擊一種思想，那就是無論什么都可以被機(jī)械制造出來，這與他致力于創(chuàng)造永動機(jī)想法是互相矛盾的。然而，他強(qiáng)調(diào)，當(dāng)機(jī)器的操作運(yùn)轉(zhuǎn)能完全地被力所作用的時候，機(jī)器就能 成為很有用的強(qiáng)大的工具。因此，他 用機(jī)械的力學(xué) 性能介紹了提升重 物 的 例子 ，這關(guān)系到 力 、位移 和速 度之間的作用關(guān)系。實(shí)際上，通過強(qiáng)調(diào)當(dāng)同樣的大小沖量時，較大的力產(chǎn)生較 小 的 速度，較小的力 產(chǎn)生 較大的速度，伽利略清楚地 闡述 了機(jī)械動力這一概念。伽利略 工程學(xué) 的觀點(diǎn) ，被一種“動力”更進(jìn)一步地 闡述 了，那就是包括操作員在內(nèi)，動力是任何一種原始狀態(tài)的 推動器。在介紹 這些初步觀察 資料時，伽利略給機(jī)械效用和力學(xué)作用下了一個定義，從而，認(rèn)為機(jī)械力學(xué)成為一個獨(dú)立的學(xué)科有了一定的價值。 在定義 這一章節(jié)中，伽利略解釋到，重力是向下移動的內(nèi)因和本質(zhì) 。他介紹說，他廣泛地在這論文中引用一個概念，即力的靜力矩，來證明他所分析研究的扛桿系 統(tǒng)的平衡問題。實(shí)際上，這種方法被認(rèn)為是，在處理機(jī)械 操作的 實(shí)際問題上，第一個嚴(yán)格地應(yīng)用力與運(yùn)動這兩個概念 。 因此，以這一種通用的形式與方法，伽利略利用靜態(tài)平衡條件來分析剛性物體重心的定義。從中他也推導(dǎo)出具體實(shí)際情況下的靜態(tài)平衡的應(yīng)用。 在這一章節(jié)中 ,伽利略通過分析 速度來強(qiáng)調(diào)杠桿的 運(yùn)動。另外， 他再一次 闡 述了一個靜力矩的實(shí)際計算 方法 。 經(jīng)過以上的初步說明后 ，伽利略分別用單獨(dú)的章節(jié)來分析 每個機(jī)構(gòu)的 基本原理。 伽利略非常詳細(xì)地分析了 平時 實(shí)際中應(yīng)用最 多的 杠桿的操作 方法，例如，桿秤 。 通過使用日常應(yīng)用得術(shù)語，注釋物體的特性（ 物質(zhì) 、 形狀 、 大?。?來強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作方法 。 通過確定 靜態(tài)平衡，使用靜力矩來分析研究 這種操作 。另外，在運(yùn)動與平衡之間，通過速度賦值來描述 動態(tài)情況 。 對于機(jī)構(gòu)分析來說，用 模型 來研究是非常適當(dāng)?shù)?，模型被認(rèn)為是最 早的 運(yùn)動學(xué) 圖。伽利略從現(xiàn)實(shí) 體系，如圖 象出基本 的幾何形態(tài) ，如圖 來進(jìn)行 運(yùn) 動研究。 同樣地， 論文中 普 遍利用 運(yùn)動圖 來輔助分析研究機(jī) 構(gòu) 。 圖 始體系 ； 動圖。 3 根據(jù)圖 種 平衡狀態(tài)被清楚地 表述出來 了， 公式為 ： F**以上的公式中， P 是 被撬物體的重力 ， F 是外作用力， 距杠桿支點(diǎn)的距離。 在絞盤這一章節(jié)中，伽利略 運(yùn)用了 運(yùn)動圖 ，其中，他強(qiáng)調(diào)了輪軸和 負(fù) 載的作用， 相當(dāng)于一個杠桿，如圖 2 所示 。 當(dāng)他進(jìn)行了不同的 等效 平衡分析 后，他用一個簡單直接的方式獲得了 這臺 機(jī)器 的效率和操作性能 。實(shí)際上，他也通過作圖 大概講 述了提高系統(tǒng)效率的一 條路線。 如圖 2 所示 ， 一個物體通過適當(dāng)?shù)牟贾媒?jīng)過點(diǎn) F、 L、 X， 這被認(rèn)為是現(xiàn)代皮帶傳動的基本原理 。這種新的解決辦法被認(rèn)為是設(shè)計 成功的一個例子，它能從實(shí)體模型中抽象出來進(jìn)行分析。 圖 2 伽利略 研究和改善的絞盤傳動 絞盤體系中使用軸和載荷之間的力學(xué)性能，它的目的是強(qiáng)調(diào)力學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，這比它提高的機(jī)械效率更加有用。作為這篇論文工程學(xué)的目的，這一方面又被再一次充分地解釋。 在滑輪這一章節(jié) 中，伽利略介紹了杠桿的第二種類型的基本原理和分析過程，即負(fù)載位于 支點(diǎn)和作用力之間 。隨 后，他分析這種 系統(tǒng)的 力學(xué)和操作過程，并且 強(qiáng)調(diào)這是一個 等效杠桿 系統(tǒng)。伽利略用運(yùn)動圖 介紹了滑輪，他指出它作為連續(xù)的操作桿的實(shí)際的效用，而不是使用一個小的 力來提升重 物的優(yōu)勢。這種等距杠桿有著相等的杠桿臂，即滑輪半徑。然后，他承認(rèn)這種機(jī)器的設(shè)計目標(biāo)是使操作 起來更加容易。另外，伽利略表示， 在機(jī)械設(shè)計中 通過 增加 滑輪的 倍數(shù)，并在 滑輪組上適當(dāng)?shù)丶虞d物體，從這種機(jī)構(gòu) 中可 以獲得更加有效率的機(jī)器，這就產(chǎn) 生了復(fù)滑輪的設(shè)計。因此，通過一個雙杠桿方案，一個滑輪體系能建立如圖 3 所示的圖，說得更精確些，要拉起電梯卻只要其電梯重力一半的作用力。 4 圖 3 通過使用圖 杠桿模型來分析圖 復(fù)滑車 通過這種方法的概括，伽利略示范了怎樣設(shè)計和操作一個倍數(shù)滑輪體系，這個倍數(shù)滑輪體系被認(rèn)為是一 個杠桿同若干個杠桿并行操作的體系。這是杠桿體系中偶數(shù)滑輪組的一個例子。對于奇數(shù)的滑輪體系，伽利略也得到了一個滑車和它等效杠桿體系運(yùn)動圖。為此，他注意到這種結(jié)論能在以前的例子中同樣地得出。 在螺旋這一章節(jié)中，伽利略以談?wù)撀菪脑O(shè)計意義開始，因為螺旋在許多機(jī)器中有著不同的實(shí)際應(yīng)用。為了解釋螺旋的這種實(shí)際操作效率，伽利略經(jīng)過一個特殊的處理，引用有角杠桿，在斜面上，利用剛體的動力學(xué)來分析。另外，除重力以外當(dāng)所有的作用力都被忽視時，他簡述了在斜面上剛體動力學(xué)的基本原理。因而，與 錯誤嘗試相比，他以這種形式 獲得了一個正確的答案，并且也被 際上在那個時候，這個課題還被許多人忙于研究，并且有一些人找到了正確的方法。例如，在 1608 年， 功地解決了斜面永恒運(yùn)動不可能性的這一個問題。 如圖 過分析斜面交角杠桿 平衡狀態(tài)，伽利略解釋了螺旋的研究過程，其實(shí)這也與圖 H 斜面是等效的。 圖 4 斜面 研究 (a)模型； (b)等效交角杠桿； (c)現(xiàn)代 杠 桿微積分圖。 如圖 4 所示，沿著斜面的方向，已知角 a，利用平衡狀態(tài)，則可以得出以下公式： 但是根據(jù)如圖 示幾何形態(tài) 得： K/此，在圖 4 中，考慮到 B， 即 杠桿的半徑， 參考現(xiàn)代的圖像， 圖 ： P**上杠桿的平衡狀態(tài)是以靜力矩平衡狀態(tài)的形式表現(xiàn)出來的。 然后，伽利略闡明了像圓柱體的斜面螺旋。論文最后，他解釋了在斜面上的剛體位移必須被分解為垂向分量，因為它起因于剛體重力的作用。 在關(guān)于阿基米德螺旋泵的 這一章節(jié)中，伽利略描述了泵 的設(shè)計和它的實(shí)際操作過程。 這是螺旋設(shè)計和等效斜面應(yīng)用于實(shí)踐的一個杰出 例子，他認(rèn)為這一設(shè)計不僅了不起而且非 常令人驚奇。這 個設(shè)計給 予了他證明實(shí)踐 應(yīng)用能成功的機(jī)會，沿著 給出的 固定螺桿泵的坡度，相當(dāng)于一個 等效斜面，如圖5，允許水沿著重力方向和沿著螺旋軸上升的方向流動 。 5 圖 5 螺旋泵 的等效斜面 和 設(shè)計 在這篇論文中 ,伽利略對沖力 也作了簡略的講述。當(dāng)時，沖力的實(shí)際應(yīng)用， 還是一個未解決的問題，。他 通過 動力 學(xué)性能 來 處理 這個問題，他認(rèn)為 其 力 學(xué)性能 就是物體的速度和它所受力大小以及它的位移。伽利略解釋到剛體產(chǎn)生位移是由于沖力的作用，沖力產(chǎn)生的能量和剛體吸 收能量產(chǎn)生的位移之間存在一個平衡狀態(tài)，并可 以用公式表示 F*v*△ t=R*Δs 其中 F 表示作用在剛體上的作用力， R 表示作用在剛體上的反作用力， v 表示 F 作用在剛體上的瞬時速度， ΔΔ生 的位移。 伽利略用 另外 的問題 結(jié)束了 論文 ， 這 些 問題 同樣可以用論文中已經(jīng)分析過的方法 解決。 第三章 重要現(xiàn)代意義 篇論文有著重要的意義，不僅是因為歷史的原因，而且也由于它在學(xué)術(shù)上建立了一個恰當(dāng)?shù)挠^點(diǎn)，它不平常的觀察角度。 它 是一本教科書，是機(jī)械分類的開始，它使機(jī)械設(shè)計和實(shí)際操作 公式化了。 談到歷史 意義， 伽利略 的 著作 是內(nèi)容豐富的文獻(xiàn) （因為篇幅所限，這里不在敘述） 通過這本文獻(xiàn)能找到 [2]的 注解。最近，技術(shù)綜論也提到了，例如 [11] 作為課堂上的教科書，這篇論文被確認(rèn)為存在 4 種手稿的簡略 本和 14 種手稿 的長版本。 簡略版本似乎是這 篇 論文的第一個版本。 由于在語言上有小的細(xì)節(jié)不同，它 就有 了 許多不同的 稿件，所以，這篇論文被認(rèn)為已經(jīng)具備 課堂教學(xué)的條件。 雖然伽利略確實(shí)是其論文的創(chuàng)作者 ， 但 實(shí)際上， 這種情況的出現(xiàn) 跟伽利略 本人 沒有什么關(guān)系。伽利略提出了有關(guān)機(jī)械力學(xué)的課程，但這跟 1593 年到 1604 年亞里士 多德和歐幾里德的工作也是有關(guān)系的，后來 學(xué)和 學(xué) 也 分離 出 了機(jī)械力學(xué)的課程。論文可以作為課堂上的教科書 ，也因為論文中 圖表簡明嚴(yán)格的風(fēng)格，可以應(yīng)用到分析統(tǒng)計學(xué)問題，描述一個模型 ,用一個公式來解決問題和更進(jìn)一步地討論解釋 實(shí)際應(yīng)用問題。這種教學(xué)觀點(diǎn)很重要，伽利略依靠和利用早期運(yùn)動學(xué)上的圖表，他得出了一些關(guān)于實(shí)際機(jī)器的結(jié)論，強(qiáng)調(diào)了主要的設(shè)計參數(shù)并使參數(shù)適當(dāng)?shù)毓交恕? 遵循這種已經(jīng)建立的經(jīng)典的傳統(tǒng) 方法和 主要工作，由于機(jī)械力學(xué)實(shí)際 應(yīng)用的多樣性，伽利略為了推導(dǎo) 出 一個統(tǒng)一的機(jī)械杠桿原理 ，他研究了許多機(jī)器的基本原理， 其基本原理作為當(dāng)時機(jī)械的分類方法。事實(shí)上，當(dāng)他研究基本機(jī)構(gòu)的操作時，他發(fā)現(xiàn)了一種新的機(jī)構(gòu)，即就是，把以上提到的皮帶傳動當(dāng)做 提高滑輪體系效率的方法。因此，伽利略的這種不同尋常的方法被認(rèn)為是考慮 6 了一種新 的基理 來研究機(jī) 構(gòu)，利用這種機(jī)理 可以設(shè)計并使用許多其他的機(jī) 構(gòu)。當(dāng) 用 阿基米德的方法重新研究機(jī)構(gòu)時， 伽利略 對基本機(jī)構(gòu)采用了傳統(tǒng)的分類法。 另外，他 在研究中提出的實(shí)踐工程學(xué)的觀點(diǎn)， 不僅直接地培養(yǎng)了人 才 而且也認(rèn)人更加關(guān)心實(shí)際問題。 伽利略抱著一種 得 到 分析公式的明確目的 ，對機(jī)構(gòu) 的 運(yùn)轉(zhuǎn) 做分析研究。在這篇 論文中，不僅寫入了當(dāng)時常規(guī)中沒有的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而且，也加入了相關(guān) 問題的圖像和解決問題的圖像，并加了相關(guān)的注釋。數(shù)學(xué)表達(dá)是如此地明確的和簡明的，以至它們能容易地被理解，例如，像論文中用圖 1，圖 2，圖 3 所做的分析一樣。伽 利略的公式化是論文中所描述的一個方法，它直接指向模擬問題，能被 用了 分析和設(shè)計機(jī)器等，例如，用圖 4 的圖像來研究螺桿泵。 第四章 結(jié) 篇論文被認(rèn)為是關(guān)于 第一 本 學(xué)術(shù)教科書， 1593 年到 1604 年，伽利略按照它的理論分析和實(shí)踐 觀點(diǎn)，研究了一個 精確的機(jī)械力學(xué) 系統(tǒng) 。它的重要性是，事實(shí)上也是第一個成功地獲得了機(jī)械力學(xué)的地位，并在這一領(lǐng)域成為了一個獨(dú)立的學(xué)科，這就是典型的現(xiàn)代 7 附錄 Ⅲ 外文文獻(xiàn)原文 MM e 593 In on is e be of in it a it of 1. 2. A e 3. e 4. a in to an of of of a it In at no to of of as an of to a of 1564–1642) at 597–1598. In he [1] 2] (it be to e is as a s it is as a in of in of e of ‘, ‘, ‘, ‘. A of is by of s by of In so it be to 8 by to as of as is in [3], to 4]. to 5], by of 6] 1494–1575) [7], 1509–1575) [3] 4], 8] 1501–1576) [9], at of of in by e of a of of a be of is of e a in in of [5], be be as of of of to by s he In e is a is in of 2. A e is in n of a a of be by in at to he be he of is to of he to of by is by to a ‘a(chǎn)s an be of a In of of of as In of of by In he of of a he in to of he be as of of a of a in of 9 by of of of in a he In of s by In he on of of a of in of by to ‘. is on of is by of of In by an of It is of be as a 1(a), 1(b). to in 1]: (a) a (b) a 1(b), is it be **1) in is of F is CD C In to a in he of an a as to a 2. an of he of in a he a to of by a be as a , L, 2. is as of be 10 2. of 1]. of an is to of be as an of In of a of he by a A is a is as a of a In of is he of is In be by of in a in of by to a a be as 3 an is of 3. of a a) by a b) [1]. By to a to as a in is an of of a of a he be to 11 In by on of a in In to of a of of a on an by of a to In he of of a on an he a he a in a by at 608 of an 10] of of of a by of an BF 4(b) is to H 4(a). 4. of (a) a 1]; (b) an 1]; (c) a to 4(a), by of by , (2) of 4(b) K/3) F = AB as of 4(b) to a 4(c), it 4) is in of a of as an is on a he a of a on an be by to it is to of In as a 12 of of a as he (‘ ). to a by a of to an to up to 5. 5. of a 1]. is a on of a as an of in to by at of he in in a is as to of a is as a of in Δs (5) in is R is in v is of , Δt is s is a be by he in 3. e e it is a of it is a it a of it a formulatio