ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные исторические этапы развития теоретической механики из "Курс теоретической механики " Механика получила свое развитие в глубокой древности под влиянием запросов практики. [c.12] Первые дошедшие до нас исследования античных ученых в области механики относятся главным образом к различным вопросам статики. [c.12] Великий ученый и философ древности Аристотель (384—322 гг. до н. э.) изложил в своих сочинениях учение о равновесии рычага и других простейших машин, общее учение о движении и силах и первый ввел в науку термин механика . Метод Аристотеля существенно отличается от современного метода точных наук и носит метафизический характер. Аристотель стремился выяснить причины явлений природы, исходя из общих аксиоматических положений, не прибегая к наблюдению и опыту, и поэтому иногда приходил к результатам, не подтверждающимся действительностью. Так, например, Аристотель считал, что скорости тел, падающих в пустоте, пропорциональны их весам. Он также считал, что для поддержания прямолинейного и равномерного движения тела необходимо действие постоянной силы. Эти и некоторые другие ошибочные представления Аристотеля о механическом движении держались в науке свыше полутора тысяч лет. [c.13] Среди ученых классической древности следует также выделить великого математика и механика Архимеда (287—212 гг. до н. э.) и известного астронома Птоломея (II в. н. э.). [c.13] Архимеду принадлежит строгое доказательство условий равновесия рычага. Им были установлены правила сложения и разложения параллельных сил, дано определение центра тяжести ряда геометрических фигур и тел, открыты законы равновесия тел, плавающих в жидкости. Архимеда следует считать основоположником статики и гидростатики как точных наук. Свои теоретические знания в области механики Архимед применял к различным практическим вопросам строительства и военной техники. [c.13] Птоломей создал так называемую геоцентрическую систему мира, в которой движение всех небесных тел объяснялось в предположении, что Земля является неподвижной и находится в центре вселенной. Ошибочная теория Птоломея о строении вселенной господствовала в науке в течение двенадцати веков. [c.13] В период с III по XIV в. развитие механики, как и других естественных наук, приостановилось вследствие причин исторического характера. Ученые этого периода продолжали придерживаться ложного представления Аристотеля о механическом движении, считая безусловно правильными все положения, содержащиеся в сочинениях этого ученого. Многие исследования этого периода были посвящены отысканию перпетуум мобиле , т. е. вечного двигателя, работающего без получения энергии извне, и поэтому мало способствовали развит тию механики. [c.13] Несколько времени спустя Николай Коперник (1473—1543) — один из величайщих польских ученых — доказал несостоятельность основных положений геоцентрической системы мира, созданной Птолемеем, и впервые заложил основы научно правильной картины движения всех планет, включая и Землю, вокруг Солнца. Систему мира, созданную Коперником, называют гелиоцентрической. Благодаря работам Коперника и наблюдениям датского астронома Тихо-Браге немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571—1630) установил свои три знаменитых закона о движении планет, которые и послужили Ньютону основанием для открытия закона всемирного тяготения. [c.14] Средневековый период развития механики заканчивается работами гениального итальянского ученого Галилео Галилея (1564—1642), исследования которого открыли новую эпоху в развитии механики. Исследования Галилея изложены в его сочинении Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящиеся к механике и местному времени . Галилей был зачинателем современной динамики. Он открыл закон инерции и закон независимости действия сил от состояния тела. Им была создана теория параболического движения снаряда. Галилей доказал много весьма важных свойств равноускоренных и равнозамедленных движений. До Галилея силы, действующие на тело, рассматривали только в состоянии равновесия и измеряли действие сил только статическими методами. Галилей установил динамический метод сравнения действия сил. Он является творцом новой отрасли механики — учения о сопротивлении материалов. Галилей полностью опроверг неверные представления Аристотеля о механическом движении. [c.14] Работы Галилея по динамике были продолжены и развиты знаменитым голландским ученым Гюйгенсом (1629—1695), который создал теорию колебаний физического маятника, введя при этом понятия о центре качаний, о приведенной длине физического маятника и о моменте инерции тела относительно оси. Кроме того, Гюйгенс обобщил введенное Галилеем понятие ускорения на случай криволинейного движения точки и установил понятие о центростремительной и центробежной силах. Ряд его работ относится к теории удара упругих твердых тел. [c.14] В то время как Ньютон разрабатывал динамику, статика получила свое дальнейшее развитие в работах его современника— французского ученого Вариньона (1654—1722). Вариньон установил в окончательном виде понятие момента силы относительно точки и доказал теорему о моменте равнодействующей, носящую его имя. Он решил задачи сложения сил, приложенных к одной точке, и параллельных сил, а также установил условия равновесия этих сил. Кроме того, Вариньону принадлежит создание основ графостатики. Благодаря Вариньону статика твердого тела получила почти полное завершение. [c.15] Систематическое и последовательное применение методов анализа бесконечно малых к задачам механики было осуществлено впервые великим математиком и механиком Леонардом Эйлером (1707—1783), который большую часть своей творческой жизни провел в России, будучи членом открытой по указу Петра I в 1725 г. в Петербурге Российской Академии наук. В России механика начала развиваться со времен Эйлера. Творческая сила Эйлера и разносторонность его научной деятельности были поразительны. В работе Теория двилщния твердых тел Эйлер вывел в общем виде дифференциальные уравнения движения твердого тела вокруг неподвижной точки. В гидродинамике ему принадлежит вывод дифференциальных уравнений движения идеальной жидкости. Применяя метод анализа бесконечно малых, Эйлер развивает полную теорию свободного и несвободного движения точки и впервые дает дифференциальные уравнения движения точки в естественной форме. Им дана формулировка теоремы об изменении кинетической энергии, близкая к современной. Эйлером было положено начало понятию потенциальной энергии. Ему принадлелщт первые работы по основам теории корабля, по исследованию реактивного действия струи жидкости, что послужило основанием для развития теории турбин. [c.15] Одновременно с Эйлером членом Петербургской Академии наук состоял и великий русский ученый, основатель Московского университета, М. В. Ломоносов (1711 — 1765). Для теоретической механики имеет принципиальное значение открытый Ломоносовым фундаментальный закон природы о сохранении массы и движения. Ломоносов занимался также изучением связи массы инертной и массы тяготеющей. Он был автором целого ряда остроумных механических устройств прибора для определения вязкости жидкости, гидравлического пресса, модели вертолета с двумя поверхностями, вращающимися в разные стороны, и других. Его научная деятельность и методологические взгляды имели огромное влияние на развитие всей русской науки и, в частности, механики. [c.15] Большое влияние на развитие в механике аналитических методов, т. е. методов, основанных на применении дифференциального и интегрального исчисления, оказали труды выдающихся французских ученых Ж- Даламбера (1717—1783) и Ж- Лагранжа (1736—1813). [c.16] В 1743 г. Ж- Даламбер в своей работе Трактат по динамике установил принцип, носящий его имя, который послужил базой для построения механики систем, подчиненных связям. С помощью этого принципа можно составление уравнений движения несвободной механической системы свести к составлению уравнений равновесия. [c.16] В 1788 г. появилось сочинение Ж- Лагранжа Аналитическая механика , в котором вся механика была изложена строго аналитически на основе принципа Даламбера и принципа возможных перемещений. При этом Лагранжем были получены дифференциальные уравнения движения механической системы в обобщенных координатах. Дальнейшее развитие аналитических методов, предложенных Лагранжем для исследования движения и равновесия несвободных механических систем, привело к установлению ряда дифференциальных и вариационных принципов механики. [c.16] В механике наряду с аналитическими методами получают дальнейшее развитие и более наглядные геометрические методы. Из работ этого направления отметим работу французского ученого Пуансо (1777—1859) Элементы статики , которая явилась основанием современной геометрической статики твердого тела. Пуансо применил геометрические методы исследования также в кинематике и динамике. Он, вместе с Шалем (1793—1880) и Резалем (1828—1896), является творцом кинематики как самостоятельного отдела теоретической механики. При этом кинематика сразу же нашла себе широкую область применения в теории механизмов и машин. [c.16] Ряд важнейших исследований по аналитическим методам решения задач механики принадлежит знаменитому русскому математику и механику М. В. Остроградскому (1801 —1861). Он установил очень важный вариационный принцип динамики — принцип наименьшего действия, позволяющий сводить изучение движения механических систем к некоторой экстремальной задаче. Этот принцип называется принципом Остроградского — Гамильтона, так как независимо от Остроградского и в несколько менее общем виде он одновременно также был дан английским ученым Гамильтоном (1805— 1865). М. В. Остроградский решил также много частных механических задач в области гидростатики, гидродинамики, теории упругости, теории притяжения и баллистики. [c.16] Большой вклад в разработку новых методов интегрирования дифференциальных уравнений динамики внесли Гамильтон и немецкий ученый Якоби (1804—1851). [c.16] В создании нового направления в исследовании аналитической теории механизмов и машин успешно работал выдающийся русский ученый П. Л. Чебышев (1821—1894). [c.16] Вернуться к основной статье