上大學後如何對所學的力學專業感興趣？

12-06

首先我明白力學是一個比較枯燥難學的科目。比如說我們當年考理論力學的時候，很多學的好的大神都只考了六七十分。從此也讓很多人包括我開始懷疑自己以後上研還要不要繼續學固體力學方向。可現在我已經下定決心要學力學方向，但還是學起來感覺很枯燥難學怎麼辦？對力學專業感興趣的知友可以介紹一下你是如何對力學開始感興趣的嗎？你是如何學習的？

本科工程力學專業出身，現在固體力學方向研究生。藉此答題機會思考下人生以及所學的方向。
（1）題目中出現了理論力學和固體力學兩個詞，那首先說說力學包括哪些學科。以前本科時候著重學習的專業課是理論力學和材料力學，然後深一點層次就是彈性力學，塑性力學，和斷裂力學，這些學的當時都比較淺。
力學一般就是兩個大方向，固體力學（solid mechanics）和流體力學（fluid mechanics），這兩者可統一在連續介質力學（continuum mechanics）中。本人學習的側重點一直在固體。所以先談談固體。固體裡面如果不研究材料的變形，那就是剛體力學（rigid body），主要有靜力學（statics）和動力學（dynamics），這主要包含在理論力學裡面，不過好像木有專門的英文術語對應理論力學，theoretical mechanics 是國內的翻譯。固體力學更多研究的是mechanics of material, 也就是變形體力學。主要內容就是材料在外場激勵下（力場，磁場等）的響應，專業點叫材料的本構關係。
回到連續介質力學。不管流體還是固體，存在一些守恆律：質量守恆，動量守恆（說白了就是牛頓定律，流體中可以推出NS方程），能量守恆。這些基本的物理守恆定律是對所有材料不管流體固體都適用的，只是描述方法不一樣，對應的控制方程（偏微分方程）不一樣，本質都是一樣。當然還有熱力學第二定律非守恆律，熵增原理。在連續介質力學教材中會有很大篇幅寫出這些定律的各種積分微分形式，用到張量表示（張量是很神奇的數學工具，學習她你就會愛上她）。
那除了這些基本的物理定律之外，固體力學一項重要任務就是描述各種不同材料的本構關係，這個跟具體材料相關的，不像基本的守恆律是普適的。那麼固體力學的主要研究方向就是各種不同材料在各種不同外場激勵下的響應。
（2）樓主提到讀研究生，那就假設是要在固體力學方向做research。剛才說了，材料的本構關係，對外場的響應是很多研究的重點。最熟悉的外場就是力場，給材料或者結構施載入荷。最基本也最簡單就是胡克定律，對應線彈性材料，高級一點就是非線性彈性，塑性，粘彈性，粘塑性，相變（偽彈性或超彈性），這些都是描述材料的本構行為。斷裂力學研究的是裂紋對材料的強度的影響，起源於工程實際問題，典型的就是為什麼美國那個航天器在空中斷掉了，因為有裂紋。
現在固體力學研究範圍很廣泛，從傳統的金屬材料，到非金屬，軟物質，陶瓷，高分子聚合物，生物材料（生物力學biomechanics），總之就是有材料的地方就有力學。看看固體力學圈子的幾位大神級人物，鎖志剛（哈佛大學，主頁Suo Group），高華健（布朗大學，Current research in the Gao group is focused on nanomechanics of engineering and biological systems. For engineering systems, we study deformation, diffusion, growth, grain boundaries, stress evolution and failure in thin films and nanocrystalline materials. For biological systems, we use continuum mechanics, statistical mechanics and atomistic simulations to study how biological materials such as bone, gecko and cell achieve their mechanical robustness through structural hierarchy. The critical issues under investigation include stiffness, toughness, contact, adhesion, viscoelasticity, diffusion, size effects, convergent evolution, flaw tolerance, optimal shape, aspect ratios, self-assembly, endocytosis, etc.
The Research Group of Prof. Huajian Gao: Research）就知道固體力學研究的東西已經不在理論力學材料力學或者彈性力學書上說的梁啊，板橋什麼的應力分析了。我本科時候甚至沒學過熱力學，我覺得本科的力學純粹是讓我們去跟土木搶飯碗的，當然許多學校力學系不是在土木學院，而是航天或者機械學院。
下面就說很火的納米力學（ nanomechanics），這個就是材料（主要講金屬材料）外在尺寸（大小）到100個納米以下或者多晶體材料的晶粒尺寸到納米量級，材料對外場（力場磁場熱場）的響應出現很大變化，跟傳統材料比。材料的力學行為（mechanical behavior）不一樣了，叫做尺寸效應（ size effects）。納米材料的蠕變鍛煉行為也都會不一樣。中間就涉及到許多材料的知識，晶粒尺寸，晶界，位錯什麼的。這時候傳統連續介質力學好像不能用了，傳統連續介質力學假設材料可以近似看作連續的，充滿全空間的介質組成。其實每一點都包含無窮多原子，是這些原子組成的一個結構structure的整體響應。那這樣到了微納尺寸假設失效不能用了。但是分子動力學模擬MD由於計算量只能算幾個納米量級的粒子的行為。
另一個研究重點就是多物理場的耦合，力場磁場熱場耦合下的非線性行為。
結論就是固體力學的研究跟本科學的那點皮毛差的太遠，需要補很多物理數學知識。跟材料和凝聚態物理聯繫很緊密。比如說金屬材料（記憶合金）相變問題基礎是朗道（物理學界的大神，拿了諾貝爾獎，寫了理論物理學教程十卷，其實第一卷力學，第七卷彈性理論，第六卷流體動力學，建議本科生還是不要看了以免打擊自信心，真心看不懂的，高手除外哈）提出的相變理論，然後包含許多材料科學的知識。
（3）好了，力學畢業出來工作找教職怎麼樣呢？答案是很慘淡。力學是一個vast subject，應該是屬於應用工程科學，機械工程，結構工程，材料工程，土木和航天工程都要用到力學知識。國外做力學的都是在什麼mechanical engineering或者aerospace engineering。所以力學畢業了自然去工程界，跟土木機械什麼的搶飯碗，所以搶嘛自然會有一些劣勢的。如果是研究生博士畢業想找教職也就是大學老師教授研究機構做研究員，一個很難進門檻越來越高，位子越來越少，關鍵是木有錢啊，青椒貌似都是這樣吧。力學發paper不太好發影響因子低（固體力學領域兩個期刊JMPS和IJSS影響因子很低的）。
所以如果想出來工作，那就得學好計算，computational solid mechanics，或者流體裡面的計算CFD（computational fluid dynamics），出來算算工程實例還是可以混口飯吃。特別是CFD在航空航天裡頭是必須用到的，美國NASA那幫人，國內很多研究所都在拚命的算啊，想實現全球1小時打擊得先算準了。
（4）下面是一堆好東西了。
清華航院黃克智院士，國內力學界元老，寫的《張量分析》很不錯。
不管學流體固體，連續介質力學總是要學的，這個網站真心不錯Continuum Mechanics
還有An Introduction to Continuum Mechanics, Second Edition by J. N. REDDY，德州農工Texas AM University教授，寫的An Introduction to the Finite Element Method 也很不錯。亞馬遜Amazon.com: J. N. Reddy 這些書都可以在Electronic library. Download books free. Finding books 或者谷歌下到電子版，嗯我說的是高清pdf版不是掃描的。
最後，啰嗦一句，學好有限元吧，不是會用ANSYS 或者ABQUS，而是自己編程解決問題，C，FORTRAN, MATLAB必須要熟，其實不管做什麼研究，都會用到，只要你混固體力學。
先到這吧，原諒我一個理工科學生語言不清，表達能力低下。

深入理力智慧如海啊！

不要小瞧了力學。理論物理那麼多高大上的理論，構造他們的時候都在照搬理論力學的框架：運動學（kinematics）+最小作用量原理+對稱性。

經典力學：運動學對象是剛體，用歐幾里得群（平移和旋轉）描述，系統構型（configuration）可表示為三維向量（平移）和歐拉角（旋轉，也可以用正交矩陣）。最小作用量原理給出了f=ma，或者拉格朗日方程，或者哈密頓方程，他們是等價的。對稱性給出了守恆量的判據，比如dL/dx=0推出x方向動量守恆，或者劉維爾（Liouville）定理：dQ/dt={Q,H}。

電動力學：把動力學對象換成場，給出一個有洛倫茲對稱性的拉格朗日，換湯不換藥。

量子場論：動力學對象是場，給出一個有洛倫茲(Lorentz)對稱性和規範(gauge)對稱性的拉格朗日量，在構造動力方程時採用路徑量子化，雖然有些複雜，但還是那個框架。

你學固體力學，為什麼應力張量有6個分量呢？這可以追溯到歐幾里得群有6維。靜力平衡虛功(virtual work)原理就是最小作用量原理的一個變種。所謂「無窮小「變形可不可以嚴格化呢？要用到流形切叢（tangent bundle）

一般工科教材得過且過的省略了大量數學與物理的知識，用非常勉強而模糊的語言講一些本來相當深刻的內容，自然讓人討厭。而真正徹底學通理論力學，其數學功底夠讓你從數學系拿個文憑了，（分析，拓撲，代數，幾何，微分方程），也夠讓你輕鬆理解量子場論。

看完理論力學的數學表述，你會覺得只有」正宗（canonical）「一詞形容感受。

你可能覺得一個力學多麼平凡，用得著這麼複雜化嗎？不對，這是一種庖丁解牛的學習方法。庖丁雖然是庖，但他是高級的庖（高級廚師面點哪家強？？），得養生的庖。

說點實際的。固體力學應該有不少數值計算，震動與斷裂分析等等，學起來肯定沒有理論力學那麼爽。但是如果你願意額外花時間的話，多花時間在理論上，不要太著急學那些可以「出活」的實用技術，實用技術永遠是繁瑣醜陋的。你要首先掌握精簡優美的數學表達，在去學那些形而下的東西就順利很多。比如說分析震動時的模態理論，背後是線代里的譜定理(spectrum theorem)和傅里葉分析，相當漂亮的理論。國內教材大多急功近利，語言含糊，忽略數學。好教材要找英文的，從物理教材裡面找可以。

理科生在一個領域精通並不難，因為教材比工科用的好而精,，可以在一個話題上花大量時間。想要舒服的做一個工科生，成就感不能完全來自於紙面的東西，因為你們要學的太多了，沒時間細講。不過好的老師和教材還是有的，基本都在國外，要想精通必須找來看，理論力學可以看朗道(Landau)的或者Marsden的書。如果工科生除了擁有廣泛和熟練，又有理科生的深入精鍊，那我等理科狗立刻跑來跪舔。所以呢為了降服理科狗趕緊去看朗道吧！

學點流體力學吧。
我一直說，「流體是活的」

學得多了，學得好了，然後你就會感興趣了——這叫日久生情！

去找個破解版的ANSYS，再到圖書館去找本有實例的書，照著書上的步驟動手重複每一個算例。這樣你就會發現書上枯燥的公式其實是有非常實際的用途的，力學並不僅僅是一堆理論，而是和實際緊密結合的。這樣自然就會有興趣了

我本科是電類專業，後來覺得電路太強調技能和經驗，所以轉投力學門下。
我覺得學習與使用力學過程中最有趣之處在於，它總是能和實際的物理現象聯繫起來，特別是有時候先理解物理本質再去尋找數學描述，這時候感覺最爽。另外，面對比較複雜的工程問題，能夠發現其中核心物理機制，解釋其關鍵問題，也是很有意思的。
對於我的思維方式來說，比較喜歡觀察現象。因此數學那種嚴格的邏輯推導過程不太適合我。另一方面，機械、土木那種很強調規範與經驗的專業，讓我覺得約束太多。
我們系的一位老教授，研究出他自己的一套方法，經過很多工程檢驗後證明了他的方法的價值，然後成為工程分析的常用方法。我覺得這就是力學專業的意義所在。

當我用拉格朗日方程推寫出前陣子在微信知乎上廣為流傳的最速曲線方程時，那種酷爽的感覺，你會明白的

當你試著用書本裡面的生硬的公式定理來解釋身邊存在的現象的時候，就發現它有趣多了。
比如有師兄研究牙痛——吃到冷熱的東西，熱應力影響到神經，牙痛！不一樣的牙齒（材料屬性變化）導致熱應力不一樣，所以吃一樣的東西，不是所有人都會牙痛~
大致就是這樣的吧！

很多力學專業的學生本科期間學的是諸如飛行器設計、材料工程、建築之類的學科，其實是沖著對這些方向的興趣才學的力學方向，力學本來就很難學，所以應該很少對力學本身很感興趣的人吧。。。

我感覺如果不考慮轉專業，好好學，學出成績了就有興趣了，反正我一直這麼想的，我解出了一道題，我在力學科研做出了一小步，我有成就感了，我就有興趣了。
我一開始對力學不痛不癢，唯一能吸引我的一點是與數學若即若離的關係，與數學太近太抽象，太無聊，我智商也不夠。與數學太遠太具體，太功利（這麼說可能欠妥）或者說沒有思考性。力學就是若即若離，既有思考的難度但也沒那麼抽象的難，也不是特別具體，完全沒有思考，大概是一種朦朧美吧。然而這種朦朧美也是在我幾門力學課取得了還不錯的成績，否則老子才懶得管什麼力學什麼朦朧美！

我對土木工程里的學科沒有所謂正在的好奇心求知慾，也沒有抵觸厭噁心理，只有：①考研需要我學好這課，哪怕僅僅是知道，複習的時候不至於太難過
②大神真是人生大贏家啊，我為什麼不如他，我要向他學習

只要功夫深，鐵杵磨成針。

可以看出樓主對力學也很熱愛

我是還有不到一個月就本科畢業的力學准工作者，在決定研究生到底學CFD、固體還是ME下的機器人時，因為一度懷疑自己是不是只會應付考試，所以總是很猶豫是不是繼續搞固體力學，不過，最近在看了錢學森的文章《論技術科學》之後，對固體力學又重新有了興趣。

如果只沉心在一個小小的方向，尤其是那種理論部分的推導，可能會漸漸對自己研究的意義有了懷疑，這時候如果站得境界高一些，或許會產生一種豁然開朗的感覺，這就是在讀了《論技術科學》以後的感受。

具體來說，我跟著我們學校的一位老師做strain burst的研究做了一年多（本科生而已，還要準備G和T，也沒有全身心投入），老實說，我一直在懷疑我們這種理論推導是否有價值，為什麼不能像工程設計時那樣，做個簡單模擬就好，制定個規範準則就好。
《論技術科學》里很好地告訴了我啥叫力學，為什麼要做理論，我們力學存在的重要意義。（滿滿的軟文畫風）

關鍵是，重新給了我對力學行業的認同感，和能從事這一行業的榮譽感。

想起了當年我大一結束後，因為根本不知道力學能幹啥，所以想轉專業到土木（父親是土木建築師），找院長蓋章時，院長不樂意了（因為能轉專業的都是top5%），和我說了一大堆，最經典的就是那句「你轉專業，你轉計算機、通信啥的，我沒話說，你轉土木？！我就瞧不起土木，你給我轉土木！」

玩笑而已，總之，建議那些本科學力學的人（力學很多是調劑來的），如果有了迷茫，可以看看《論技術科學》。

之前大二時候學偏工科方面的理論力學和材料力學感覺並沒有什麼意思。並沒有愛。大三開始學流體力學，連續介質力學，結構力學之後感覺慢慢地找到興趣了～以後把更高深的分析力學部分和彈性力學學完再來補坑。

我的經驗是多畫圖，力學分析圖，應力圖等等，對於掌握和理解很有幫助