Механика твердого тела и механика колебаний в истории наук механического цикла

Взаимодействие науки  и мировоззрения было двусторонним. Примером влияния механики на формирование определённой системы мировоззрения, служит возникновение механистического материализма 18-19 вв., обусловленного крупными успехами механики. (Об этом см. следующие  части). Влияние философии на механику осуществлялось и осуществляется не только через философские основания науки, но и личное мировоззрение учёных.

Таким образом, в данном учебно-методическом пособии изложены определения предмета истории механики и задачи этой научной  дисциплины. Описан тот образ исторически  развивающейся науки, на который  опираются авторы при анализе  динамики механического познания. Выделены основные этапы развития механики как  науки, а также те методологические понятия и представления, которые  служат ориентирами при исследовании исторического развития механики как  науки.

2.2Определение механики; ее место среди других наук;

подразделения механики

Механика (от греческого mhcanich - мастерство, относящееся к машинам; наука о машинах) - наука о простейшей форме движении материи - механическом движении, представляющем изменение с течением времени пространственного расположения тел, и о связанных с движением тел взаимодействиях между ними. Механика исследует общие закономерности, связывающие механические движения и взаимодействия, принимая для самих взаимодействий законы, полученные опытным путем и обосновываемые в физике. Методы механики широко используются в различных областях естествознания и техники.

Механика изучает движения материальных тел, пользуясь следующими абстракциями:

1) Материальная точка,  как тело пренебрежимо малых  размеров, но конечной массы. Роль материальной точки может играть центр инерции системы материальных точек, в котором при этом считается сосредоточенной масса всей системы;

2) Абсолютно твердое тело, совокупность материальных точек,  находящихся на неизменных расстояниях  друг от друга. Эта абстракция  применима, если можно пренебречь  деформацией тела;

3) Сплошная среда. При  этой абстракции допускается  изменение взаимного расположения  элементарных объемов. В противоположность  твердому телу для задания  движения сплошной среды требуется  бесчисленное множество параметров. К сплошным средам относятся  твердые, жидкие и газообразные  тела, отражаемые в следующих  отвлечённых представлениях: идеально  упругое тело, пластичное тело, идеальная  жидкость, вязкая жидкость, идеальный  газ и другие. Указанные отвлечённые  представления о материальном  теле отражают действительные  свойства реальных тел, существенные  в данных условиях Соответственно  этому механику разделяют на:

механику материальной точки;

механику системы материальных точек;

механику абсолютно твердого тела;

механику сплошной среды.

Последняя в свою очередь  подразделяется на теорию упругости, гидромеханику, аэромеханику, газовую механику и  другие (см. Приложение) Термином “теоретическая механика” обычно обозначают часть  механики, занимающуюся исследованием  наиболее общих законов движения, формулировкой её общих положений  и теорем, а также приложением  методов механики к изучению движения материальной точки, системы конечного  числа материальных точек и абсолютно  твердого тела

В каждом из этих разделов, прежде всего, выделяется статика, объединяющая вопросы, относящиеся к исследованию условий равновесия сил. Различают  статику твердого тела и статику  сплошной среды: статику упругого тела, гидростатику и аэростатику (см. Приложение). Движение тел в отвлечении от взаимодействия между ними изучает кинематика (см. Приложение). Существенная особенность  кинематики сплошных сред заключается  в необходимости определить для  каждого момента времени распределение  в пространстве перемещений и  скоростей. Предметом динамики являются механические движения материальных тел в связи с их взаимодействиями Существенные применения механики относятся к области техники. Задачи, выдвигаемые техникой перед механикой, весьма разнообразны; это - вопросы движения машин и механизмов, механика транспортных средств на суше, на море и в воздухе, строительной механики, разнообразных отделов технологии и многие другие. В связи с необходимостью удовлетворения запросов техники из механики выделились специальные технические науки. Кинематика механизмов, динамика машин, теория гироскопов, внешняя баллистика (см. Приложение) представляют технические науки, использующие методы абсолютно твердого тела. Сопротивление материалов и гидравлика (см. Приложение), имеющие с теорией упругости и гидродинамикой общие основы, вырабатывают для практики методы расчёта, корректируемые экспериментальными данными. Все разделы механики развивались и продолжают развиваться в тесной связи с запросами практики, в ходе разрешения задач техники Механика как раздел физики развивался в тесной взаимосвязи с другими её разделами - с оптикой, термодинамикой и другими. Основы так называемой классической механики были обобщены в начале XX в. в связи с открытием физических полей и законов движения микрочастиц. Содержание механики быстродвижущихся частиц и систем (со скоростями порядка скорости света) изложены в теории относительности, а механика микродвижений - в квантовой механике

2.3Проблемы современной механики

К числу основных проблем  современной механики систем с конечным числом степеней свободы относятся, в первую очередь, задачи теории колебаний, динамики твердого тела и теории устойчивости движения. В линейной теории колебаний  важное значение имеет создание эффективных методов исследования систем с периодически изменяющимися параметрами, в частности, явления параметрического резонанса. Для изучения движения нелинейных колебательных систем разрабатываются как аналитические методы, так и методы, основанные на качественной теории дифференциальных уравнений. Проблемы колебаний тесно переплетаются с вопросами радиотехники, автоматического регулирования и управления движениями, а также с задачами измерения, предупреждения и устранения вибраций в транспортных устройствах, машинах и строительных сооружениях. В области динамики твердого тела наибольшее внимание уделяется задачам теории колебаний и теории устойчивости движения. Эти задачи ставятся динамикой полета, динамикой корабля, теорией гироскопических систем и приборов, применяемых главным образом в аэронавигации и кораблевождении. В теории устойчивости движения на первое место выдвигается исследование “особых случаев” Ляпунова, устойчивости периодических и неустановившихся движений, причем основным орудием исследования является так называемая “вторая метода Ляпунова”. В теории упругости наряду с задачами для тела, подчиняющегося закону Гука, наибольшее внимание привлекают вопросы пластичности и ползучести в деталях машин и сооружений, расчет устойчивости и прочности тонкостенных конструкций. Большое значение приобретает также направление, ставящее себе целью установление основных законов связи напряжений с деформациями и скоростями деформаций для моделей реальных тел (реологические модели). В тесной связи с теорией пластичности развивается механика сыпучей среды. Динамические проблемы теории упругости связывают с сейсмологией, распространением упругих и пластичных волн вдоль стержней и динамическими явлениями, возникающими при ударе Наиболее важные задачи гидроаэродинамики связаны с проблемами больших скоростей в авиации, баллистике, турбостроении и двигателестроении.

Сюда относятся, прежде всего, теоретическое определение аэродинамических характеристик тел при до-, около- и сверхзвуковых скоростях как  при установившемся, так и неустановившемся движениях²⁰.

Проблемы аэродинамики больших  скоростей тесно переплетаются  с вопросами теплоотдачи, горения  и взрывов. Изучение движений сжимаемого газа при больших скоростях предполагает основную проблему газовой динамики, а при малых скоростях связывается  с задачами динамической метеорологии. Основное значение для гидроаэродинамики имеет проблема турбулентности, до сих пор еще не получившая теоретического решения. На практике продолжают пользоваться многочисленными эмпирическими и полуэмпирическими формулами. Перед гидродинамикой тяжелой жидкости стоят проблемы пространственной теории волн и волнового сопротивления тел, волнобразования в реках и каналах и ряд задач, связанных с гидротехникой.

Большое значение для последней, а также для вопросов добычи нефти  имеют проблемы фильтрационного  движения жидкостей и газов в  пористых средах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Механика Галилея - Ньютона  прошла длинный путь развития и далеко не сразу завоевала право называться классической. Ее успехи, особенно в XVII-XVIII столетиях, утвердили эксперимент  в качестве основного метода проверки теоретических построений. Практически  до конца XVIII столетия механика занимала ведущее положение в науке, и  ее методы оказали большое влияние  на развитие всего естествознания

В дальнейшем механика Галилей - Ньютона продолжала интенсивно развиваться, но ее ведущее положение постепенно начало утрачиваться. На передний край науки стали выходить электродинамика, теория относительности, квантовая  физика, ядерная энергетика, генетика, электроника, вычислительная техника. Механика уступила место лидера в  науке, но не утратила своего значения. По-прежнему все динамические расчеты  любых механизмов, работающих на земле, под водой, в воздухе и космосе, основаны в той или иной степени  на законах классической механики. На далеко не очевидных следствиях из основных ее законов построены  приборы, автономно, без вмешательства  человека, определяющие местонахождение  подводных лодок, надводных кораблей, самолетов; построены системы, автономно  ориентирующие космические аппараты и направляющие их к планетам Солнечной  системы, комете Галлея. Аналитическая  механика - составная часть классической механики - сохраняет “непостижимую  эффективность” в современной физике. Поэтому, как бы ни развивалась физика и техника, классическая механика всегда будет занимать свое достойное место  в науке 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Бухгольц Н. Н. Основной курс теоретической механики (часть первая). - М.: Наука, 1972.

2.Гайденко П. П. . Эволюция понятия науки. М., 1987.

3.Дягилев Ф. М. Из истории физики и жизни ее творцов. - М.: Просвещение, 1986.

4.ДубнищеваТ.Я.Концепции современного естествознания.Новосибирск1997

5.Корпенков С. Х. Концепции  современного естествознания. М., 1997.

6.Купер Л. Физика для всех (том 1). - М.: Мир, 1973.

7.Кун Т. Структура научных революций. М., 1975.

8.КанкеВ.А.Основные философские направления и концепции науки.М., 2000.

9.Лагранж Ж. Л. Аналитическая механика. Т. 2, М.; Л. 1950.

10.Лебедев О. Т. Научно-техническая революция и философские проблемы формирования инженерного мышления. М., Высшая школа, 1973.

11.Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994.

12.Мир физики. Книга I. Механика. / Хрестоматия. (Сост.: Ганин В. В., Ганина Н. В., Фистуль М. В.) - М.: изд. Российского открытого института, 1992.

Никифоров А. Л. философия  науки: история и методология. М., 1998

13.Рузавин Г.И. Концепции  современного естествознания.  М. 1997.

14.Степанов А. А., Водопьянова Е. В. Философия науки и техники. Томск 2000.

9.Черникова И. В. Философия  и история науки. Томск 2001.

15. Философия науки и техники. Степин В. С. Горохов В. Г. Розов М. А. М. 1995.

16.Философия науки и техники. Степанов А. А. Водопьянова Е.В. Томск 2000.

¹ КанкеВ.А.Основные философские направления и концепции науки.М., 2000.

² Лебедев О. Т. Научно-техническая революция и философские проблемы формирования инженерного мышления. М., Высшая школа, 1973.

³ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

⁴ КанкеВ.А.Основные философские направления и концепции науки.М., 2000.

⁵ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

⁶ КанкеВ.А.Основные философские направления и концепции науки.М., 2000.

⁷ Лебедев О. Т. Научно-техническая революция и философские проблемы формирования инженерного мышления. М., Высшая школа, 1973.

⁸ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

⁹ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹⁰ Лебедев О. Т. Научно-техническая революция и философские проблемы формирования инженерного мышления. М., Высшая школа, 1973.

¹¹ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹² Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹³ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹⁴ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹⁵ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹⁶ Меркин Д. Р. Краткая история классической механики Галилея - Ньютона. - М.: Физматлит, 1994

¹⁷ Философия науки и техники. Степанов А. А. Водопьянова Е.В. Томск 2000.

¹⁸ Философия науки и техники. Степанов А. А. Водопьянова Е.В. Томск 2000.

¹⁹ Философия науки и техники. Степанов А. А. Водопьянова Е.В. Томск 2000.