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1 附錄Ⅱ 外文文獻翻譯 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術教科書以及在論文中已經使用現代觀點后，它就被認為在機械工程上有著很重要的歷史意義。 關鍵詞： 機械工程歷史，機械力學， 史，伽利略 文章大綱 利略 回顧 現代的 意義 第一章 言 在文藝復興早期， 隨著實際應用 的增多 和社會需求 的 增加 ，產生了對 理論 概念的需要， 機械工程這一主題就引起了越來越多的注意 。 雖然在文藝復興期間 ,個別的研究和機器設計有所發(fā)展并獲得了重要的進步，但是這 破壞了學科 界限 的 規(guī)范。事實上 ， 在大學里沒有團體致力于研究 機械 工程的實際應用 方面。 機械力學這一課題被當作 應用數學來教授， 更有一些不成功的人企圖不在大學框架規(guī)劃內為工程師建立一套詳細而精確的設計計劃 。 在 1597 ，伽利略（ 1564 非常有名 的帕多瓦大學里成功地提出了第一個關于機械力學獨立的學術課程 使用了這篇簡短的論文“ 它可以被譯為機械問題）。在 1593 年 ，這篇論文似乎 已經 被 寫出 來了。而 在伽利略的研究工作中， 常被認為是次要的工作，因為在機 械力學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 來分析機器的基本原理，即桿、絞盤 、滑輪 ，和螺旋。通過調查機械的實際操作過程和使用適當的模型來精密分析這些機器，而這些模型建立在早期的幾何學和運動學。另外，在論文中提到了被大家普遍關心的實際問題，因此，它已經被認為對實用工程和工程設計有了一定的用處。 所有的機構 通過適當的模型來分析研究，說得更精確些，伽利略通過應用扛桿系 統(tǒng)來研究要分析的機構 。因此，機械的扛桿原理被認為是最基本的原理。伽利略明確地引用說，這與 阿基米德的“機械問題”中提到的經典法是一致的。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 的結果能被運用到 研究 工程學 的實際問題當中去。實際上，這些問題當作的一個方面使得 為機械學術領域和現代 工程學發(fā)展過程中的一個里程碑。 寫的 先驅著作“ 認為是 最早承認 力學 在機械制造中的 重要性。實際上伽利略看來似乎已經 從 著作 中 和他與 好的接觸 中得到了靈感。 在本論文中， 用 一種現代的 數據整理分析的方法來 評論 文，并且它的意義被按照歷史 上 的和學術上的觀點論述。 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，關于力 學 的介紹 和 所用的儀器設備，定義，機械廣告，秤和扛桿系，絞盤，滑輪，螺旋，推進力。 伽利略在開始撰寫這篇論文時就強烈地抨擊一種思想，那就是無論什么都可以被機械制造出來，這與他致力于創(chuàng)造永動機想法是互相矛盾的。然而，他強調，當機器的操作運轉能完全地被力所作用的時候，機器就能 成為很有用的強大的工具。因此，他 用機械的力學 性能介紹了提升重 物 的 例子 ，這關系到 力 、位移 和速 度之間的作用關系。實際上，通過強調當同樣的大小沖量時，較大的力產生較 小 的 速度，較小的力 產生 較大的速度，伽利略清楚地 闡述 了機械動力這一概念。伽利略 工程學 的觀點 ，被一種“動力”更進一步地 闡述 了，那就是包括操作員在內，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，伽利略給機械效用和力學作用下了一個定義，從而，認為機械力學成為一個獨立的學科有了一定的價值。 在定義 這一章節(jié)中，伽利略解釋到，重力是向下移動的內因和本質 。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。實際上，這種方法被認為是，在處理機械 操作的 實際問題上，第一個嚴格地應用力與運動這兩個概念 。 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。從中他也推導出具體實際情況下的靜態(tài)平衡的應用。 在這一章節(jié)中 ,伽利略通過分析 速度來強調杠桿的 運動。另外， 他再一次 闡 述了一個靜力矩的實際計算 方法 。 經過以上的初步說明后 ，伽利略分別用單獨的章節(jié)來分析 每個機構的 基本原理。 伽利略非常詳細地分析了 平時 實際中應用最 多的 杠桿的操作 方法，例如，桿秤 。 通過使用日常應用得術語，注釋物體的特性（ 物質 、 形狀 、 大?。?來強調實際操作方法 。 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，在運動與平衡之間，通過速度賦值來描述 動態(tài)情況 。 對于機構分析來說，用 模型 來研究是非常適當的，模型被認為是最 早的 運動學 圖。伽利略從現實 體系，如圖 象出基本 的幾何形態(tài) ，如圖 來進行 運 動研究。 同樣地， 論文中 普 遍利用 運動圖 來輔助分析研究機 構 。 圖 始體系 ； 動圖。 3 根據圖 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， 距杠桿支點的距離。 在絞盤這一章節(jié)中，伽利略 運用了 運動圖 ，其中，他強調了輪軸和 負 載的作用， 相當于一個杠桿，如圖 2 所示 。 當他進行了不同的 等效 平衡分析 后，他用一個簡單直接的方式獲得了 這臺 機器 的效率和操作性能 。實際上，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 ， 一個物體通過適當的布置經過點 F、 L、 X， 這被認為是現代皮帶傳動的基本原理 。這種新的解決辦法被認為是設計 成功的一個例子，它能從實體模型中抽象出來進行分析。 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性能，它的目的是強調力學在實際應用中的可行性，這比它提高的機械效率更加有用。作為這篇論文工程學的目的，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，即負載位于 支點和作用力之間 。隨 后，他分析這種 系統(tǒng)的 力學和操作過程，并且 強調這是一個 等效杠桿 系統(tǒng)。伽利略用運動圖 介紹了滑輪，他指出它作為連續(xù)的操作桿的實際的效用，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，他承認這種機器的設計目標是使操作 起來更加容易。另外，伽利略表示， 在機械設計中 通過 增加 滑輪的 倍數，并在 滑輪組上適當地加載物體，從這種機構 中可 以獲得更加有效率的機器，這就產 生了復滑輪的設計。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 復滑車 通過這種方法的概括，伽利略示范了怎樣設計和操作一個倍數滑輪體系，這個倍數滑輪體系被認為是一 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滑輪組的一個例子。對于奇數的滑輪體系，伽利略也得到了一個滑車和它等效杠桿體系運動圖。為此，他注意到這種結論能在以前的例子中同樣地得出。 在螺旋這一章節(jié)中，伽利略以談論螺旋的設計意義開始，因為螺旋在許多機器中有著不同的實際應用。為了解釋螺旋的這種實際操作效率，伽利略經過一個特殊的處理，引用有角杠桿，在斜面上，利用剛體的動力學來分析。另外，除重力以外當所有的作用力都被忽視時，他簡述了在斜面上剛體動力學的基本原理。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。 在關于阿基米德螺旋泵的 這一章節(jié)中，伽利略描述了泵 的設計和它的實際操作過程。 這是螺旋設計和等效斜面應用于實踐的一個杰出 例子，他認為這一設計不僅了不起而且非 常令人驚奇。這 個設計給 予了他證明實踐 應用能成功的機會，沿著 給出的 固定螺桿泵的坡度，相當于一個 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 設計 在這篇論文中 ,伽利略對沖力 也作了簡略的講述。當時，沖力的實際應用， 還是一個未解決的問題，。他 通過 動力 學性能 來 處理 這個問題，他認為 其 力 學性能 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生位移是由于沖力的作用，沖力產生的能量和剛體吸 收能量產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 結束了 論文 ， 這 些 問題 同樣可以用論文中已經分析過的方法 解決。 第三章 重要現代意義 篇論文有著重要的意義，不僅是因為歷史的原因，而且也由于它在學術上建立了一個恰當的觀點，它不平常的觀察角度。 它 是一本教科書，是機械分類的開始，它使機械設計和實際操作 公式化了。 談到歷史 意義， 伽利略 的 著作 是內容豐富的文獻 （因為篇幅所限，這里不在敘述） 通過這本文獻能找到 [2]的 注解。最近，技術綜論也提到了，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節(jié)不同，它 就有 了 許多不同的 稿件，所以，這篇論文被認為已經具備 課堂教學的條件。 雖然伽利略確實是其論文的創(chuàng)作者 ， 但 實際上， 這種情況的出現 跟伽利略 本人 沒有什么關系。伽利略提出了有關機械力學的課程，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系的，后來 學和 學 也 分離 出 了機械力學的課程。論文可以作為課堂上的教科書 ，也因為論文中 圖表簡明嚴格的風格，可以應用到分析統(tǒng)計學問題，描述一個模型 ,用一個公式來解決問題和更進一步地討論解釋 實際應用問題。這種教學觀點很重要，伽利略依靠和利用早期運動學上的圖表，他得出了一些關于實際機器的結論，強調了主要的設計參數并使參數適當地公式化了。 遵循這種已經建立的經典的傳統(tǒng) 方法和 主要工作，由于機械力學實際 應用的多樣性，伽利略為了推導 出 一個統(tǒng)一的機械杠桿原理 ，他研究了許多機器的基本原理， 其基本原理作為當時機械的分類方法。事實上，當他研究基本機構的操作時，他發(fā)現了一種新的機構，即就是，把以上提到的皮帶傳動當做 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為是考慮 6 了一種新 的基理 來研究機 構，利用這種機理 可以設計并使用許多其他的機 構。當 用 阿基米德的方法重新研究機構時， 伽利略 對基本機構采用了傳統(tǒng)的分類法。 另外，他 在研究中提出的實踐工程學的觀點， 不僅直接地培養(yǎng)了人 才 而且也認人更加關心實際問題。 伽利略抱著一種 得 到 分析公式的明確目的 ，對機構 的 運轉 做分析研究。在這篇 論文中，不僅寫入了當時常規(guī)中沒有的數學表達式，而且，也加入了相關 問題的圖像和解決問題的圖像，并加了相關的注釋。數學表達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 分析和設計機器等，例如，用圖 4 的圖像來研究螺桿泵。 第四章 結 篇論文被認為是關于 第一 本 學術教科書， 1593 年到 1604 年，伽利略按照它的理論分析和實踐 觀點，研究了一個 精確的機械力學 系統(tǒng) 。它的重要性是，事實上也是第一個成功地獲得了機械力學的地位，并在這一領域成為了一個獨立的學科，這就是典型的現代 7 附錄 Ⅲ 外文文獻原文 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 ‘as 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