外文翻译--1593年时伽利略的Le_Mecaniche中的早期TMM.doc

1附录外文文献翻译1593年时伽利略的Le·Mecaniche中的早期TMMMarcoCeccarellia,摘要本论文主要论述和评价伽利略在机械工程原理方面的成就。Le·Mecaniche这篇简短的论文，自从它在TMM方面被撰稿为第一本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，TMM，TMM历史，伽利略文章大纲1.介绍2.对伽利略Le·Mecaniche的回顾3.Le·Mecaniche对现代的意义4.总结第一章.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，机械工程这一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。机械力学这一课题被当作应用数学来教授，更有一些不成功的人企图不在大学框架规划内为工程师建立一套详细而精确的设计计划。在1597-1598年，伽利略（1564-1642）在非常有名的帕多瓦大学里成功地提出了第一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“Le·Mecaniche”（它可以被译为机械问题）。在1593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，Le·Mecaniche通常被认为是次要的工作，因为在机械力学这一方面它只是伽利略著作发展过程中最初的几步。在Le·Mecaniche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一定的用处。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”中提到的经典法是一致的。伽利略也提到这项工作由Pappus·Alexandrinus做过。伽利略看起来似乎不仅已经被Guidobaldo·Del·Monte极大地鼓舞着，而且也被像AlessandroPiccolomini、FrancescoMaurolico、FedericoCommandino和GiovanBenedetti以及GirolamoCardano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Aristotle、Pappus·AlexandrinusandArchimedes的古典著作影响着。在Le·Mecaniche中，伽利略解释到，决2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，这些问题当作的一个方面使得Le·Mecaniche成为机械学术领域和现代工程学发展过程中的一个里程碑。GuidobaldoDelMonte所写的先驱著作“MechanicorumLiber”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Del·Monte的著作中和他与DelMonte友好的接触中得到了灵感。在本论文中，用一种现代的数据整理分析的方法来评论Le·mecaniche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Le·Mecaniche的回顾这篇简短的论文由一些小章节组成，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一种思想，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一概念。伽利略工程学的观点，被一种“动力”更进一步地阐述了，那就是包括操作员在内，动力是任何一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一个定义，从而，认为机械力学成为一个独立的学科有了一定的价值。在定义这一章节中，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一个概念，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，第一个严格地应用力与运动这两个概念。因此，以这一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。在这一章节中,伽利略通过分析速度来强调杠杆的运动。另外，他再一次阐述了一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1.a，抽象出基本的几何形态，如图1.b，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1.伽利略的杠杆模型1.a原始体系；1.b运动图。3根据图1.b，这种平衡状态被清楚地表述出来了，公式为：F*CD=P*BC在以上的公式中，P是被撬物体的重力，F是外作用力，CD和BC是距杠杆支点的距离。在绞盘这一章节中，伽利略运用了运动图，其中，他强调了轮轴和负载的作用，相当于一个杠杆，如图2所示。当他进行了不同的等效平衡分析后，他用一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一条路线。如图2所示，一个物体通过适当的布置经过点F、L、X，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一个例子，它能从实体模型中抽象出来进行分析。图2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，这一方面又被再一次充分地解释。在滑轮这一章节中，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，并且强调这是一个等效杠杆系统。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，而不是使用一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，通过一个双杠杆方案，一个滑轮体系能建立如图3所示的图，说得更精确些，要拉起电梯却只要其电梯重力一半的作用力。4图3通过使用图3.b双杠杆模型来分析图3.a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一个倍数滑轮体系，这个倍数滑轮体系被认为是一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一个例子。对于奇数的滑轮体系，伽利略也得到了一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。在螺旋这一章节中，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，伽利略经过一个特殊的处理，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Pappus的错误尝试相比，他以这种形式获得了一个正确的答案，并且也被Del·Monte.所接受。实际上在那个时候，这个课题还被许多人忙于研究，并且有一些人找到了正确的方法。例如，在1608年，SimonStevin成功地解决了斜面永恒运动不可能性的这一个问题。如图4.b通过分析斜面交角杠杆ABF的平衡状态，伽利略解释了螺旋的研究过程，其实这也与图4.a所示的FH斜面是等效的。图4斜面研究(a)模型；(b)等效交角杠杆；(c)现代杠杆微积分图。如图4所示，沿着斜面的方向，已知角a，利用平衡状态，则可以得出以下公式：Pcos=F但是根据如图4.b所示几何形态得：cos=BK/BF因此，在图4中，考虑到BF=AB，即杠杆的半径，参考现代的图像，图4.c得：P*AB=F*BK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一章节中，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一个杰出例子，他认为这一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，相当于一个等效斜面，如图5，允许水沿着重力方向和沿着螺旋轴上升的方向流动。