Большая Советская Энциклопедия

Понятие: ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК.,

источник - Большая Советская Энциклопедия




Исторический очерк. М. - одна из древнейших наук. Её возникновение и развитие неразрывно связаны с развитием производит, сил общества, нуждами практики. Раньше др. разделов М. под влиянием запросов гл. обр. строит, техники начинает развиваться статика. Можно полагать, что элементарные сведения о статике (свойства простейших машин) были известны за неск. тысяч лет до н. э., о чём косвенно свидетельствуют остатки древних вавилонских и егип. построек; но прямых доказательств этого не сохранилось. К первым дошедшим до нас трактатам по М., появившимся в Древней Греции, относятся натурфилос. сочинения Аристотеля (4 в. до н. э.), к-рый ввёл в науку сам термин М.к Из этих соч. следует, что в то время были известны законы сложения и уравновешивания сил, приложенных в одной, точке и действующих вдоль одной и той же прямой, свойства простейших машин и закон равновесия рычага. Науч. основы статики разработал Архимед (3 в. до н.э.).

Его труды содержат строгую теорию рычага, понятие о статич. моменте, правило сложения параллельных сил, учение о равновесии подвешенных тел и о центре тяжести, начала гидростатики. Дальнейший существенный вклад в исследования по статике, приведший к установлению правила параллелограмма сил и развитию понятия о моменте силы, сделали И. Неморарий (ок. 13 в.), Леонардо да Винчи (15 в.), голл. учёный Стевин (16 в.) и особенно - франц. учёный П. Ва-риньон (17 в.), завершивший эти исследования построением статики на основе правил сложения и разложения сил и доказанной им теоремы о моменте равнодействующей. Последним этапом в развитии геометрич. статики явилась разработка франц. учёным Л. Пуансо теории пар сил и построение статики на её основе (1804). Др. направление в статике, основывавшееся на принципе возможных перемещений, развивалось в тесной связи с учением о движении.

Проблема изучения движения также возникла в глубокой древности. Решения простейших кинематич. задач о сложении движений содержатся уже в соч. Аристотеля и в астрономич. теориях древних греков, особенно в теории эпициклов, завершённой Птолемеем (2 в. н. э.). Однако динамич. учение Аристотеля, господствовавшее почти до 17 в., исходило из ошибочных представлений о том, что движущееся тело всегда находится под действием нек-рой силы (для брошенного тела, напр., это подталкивающая сила воздуха, стремящегося занять место, освобождаемое телом; возможность существования вакуума при этом отрицалась), что скорость падающего тела пропорциональна его весу, и т. п.

Периодом создания науч. основ динамики, а с ней и всей М. явился 17 век. Уже в 15-16 вв. в странах Зап. и Центр. Европы начинают развиваться бурж. отношения, что привело к значит, развитию ремёсел, торг, мореплавания и воен. дела (совершенствование огнестрельного оружия). Это поставило перед наукой ряд важных проблем: исследование полёта снарядов, удара тел, прочности больших кораблей, колебаний маятника (в связи с созданием часов) и др. Но найти их решение, требовавшее развития динамики, можно было только разрушив ошибочные положения продолжавшего господствовать учения Аристотеля. Первый важный шаг в этом направлении сделал Н. Коперник (16 в.), учение к-рого оказало огромное влияние на развитие всего естествознания и дало М. понятия об относительности движения и о необходимости при его изучении выбора системы отсчёта. Следующим шагом было открытие И. Кеплером опытным путём кинематич. законов движения планет (нач. 17 в.). Окончательно ошибочные положения ари-стотелевой динамики опроверг Г. Галилей, заложивший науч. основы совр. М. Он дал первое верное решение задачи о движении тела под действием силы, найдя экспериментально закон равноускоренного падения тел в вакууме. Галилей установил два осн. положения М.-принцип относительности классич. М. и закон инерции, к-рый он, правда, высказал лишь для случая движения вдоль горизонтальной плоскости, но применял в своих исследованиях в полной общности. Он первый нашёл, что в вакууме траекторией тела, брошенного под углом к горизонту, является парабола, применив при этом идею сложения движений: горизонтального (по инерции) и вертикального (ускоренного). Открыв изохронность малых колебаний маятника, он положил начало теории колебаний. Исследуя условия равновесия простых машин И решая нек-рые задачи гидростатики, Галилей использует сформулированное им в общем виде т. н. золотое правило статики - начальную форму принципа возможных перемещений. Он же первый исследовал прочность балок, чем положил начало науке о сопротивлении материалов. Важная заслуга Галилея - планомерное введение в М. науч. эксперимента.

Современник Галилея Р. Декарт в основу своих исследований по М. положил сформулированный в общем виде закон инерции и высказанный им (но не в векторной форме) закон сохранения количества движения; он же ввёл понятие импульса силы. Дальнейший крупный шаг в развитии М. был сделан голл. учёным X. Гюйгенсом. Ему принадлежит решение ряда важнейших для того времени задач динамики - исследование движения точки по окружности, колебаний фи-зич. маятника, законов упругого удара тел. При этом он впервые ввёл понятия центростремительной и центробежкой силы и понятие о моменте инерции (сам термин принадлежит Л. Эйлеру), а также применил принцип, по существу эквивалентный закону сохранения механич. энергии, общее математич. выражение к-рого дал впоследствии Г. Гелъмгольц.

Заслуга окончат, формулировки осн. законов М. принадлежит И. Ньютону (1687). Завершив исследования своих предшественников, Ньютон обобщил понятие силы и ввёл в М. понятие о массе. Сформулированный им основной (второй) закон М. позволил Ньютону успешно разрешить большое число задач, относящихся гл. обр. к небесной М., в основу к-рой был положен открытый им же закон всемирного тяготения. Он формулирует и 3-й из осн. законов М.- закон равенства действия и противодействия, лежащий в основе М. системы материальных точек. Исследованиями Ньютона завершается создание основ классич. М. К тому же периоду относится установление двух исходных положений М. сплошной среды. Ньютон, исследовавший сопротивление жидкости движущимися в ней телами, открыл осн. закон внутр. трения в жидкостях и газах, а англ, учёный Р. Гук экспериментально установил закон, выражающий зависимость между напряжениями и деформациями в упругом теле.

В 18 в. интенсивно развивались общие аналитич. методы решения задач М. материальной точки, системы точек и твёрдого тела, а также небесной М., основывавшиеся на использовании открытого Ньютоном и Г. В. Лейбницем исчисления бесконечно малых. Гл. заслуга в применении этого исчисления для решения задач М. принадлежит Л. Эйлеру. Он разработал аналитич. методы решения задач динамики материальной точки, развил теорию моментов инерции и заложил основы М. твёрдого тела. Ему принадлежат также первые исследования по теории корабля, теории устойчивости упругих стержней, теории турбин и решение ряда прикладных задач кинематики. Вкладом в развитие прикладной М. явилось установление франц. учёными Г. Амонтоном и Ш. Кулоном экспериментальных законов трения.

Важным этапом развития М. было создание динамики несвободных меха-нич. систем. Исходными для решения этой проблемы явились принцип возможных перемещений, выражающий общее условие равновесия механич. системы, развитию и обобщению к-рого в 18 в. были посвящены исследования И. Бернулли, Л. Карно, Ж. Фурье, Ж. Л. Лагранжа и др., и принцип, высказанный в наиболее общей форме Ж. Д'Аламбером и носящий его имя. Используя эти два принципа, Лагранж завершил разработку аналитич. методов решения задач динамики свободной и несвободной механич. системы и получил ур-ния движения системы в обобщённых координатах, названные его именем. Им же были разработаны основы совр. теории колебаний. Др. направление в решении задач М. исходило из принципа наименьшего действия в том его виде, к-рый для одной точки высказал П. Мопертюи и развил Эйлер, а на случай механич. системы обобщил Лагранж. Небесная М. получила значит, развитие благодаря трудам Эйлера, Д' Аламбера, Лагранжа и особенно П. Лапласа.

Приложение аналитич. методов к М. сплошной среды привело к разработке теоретич. основ гидродинамики идеальной жидкости. Основополагающими здесь явились труды Эйлера, а также Д. Бернулли, Лагранжа, Д' Аламбера. Важное значение для М. сплошной среды имел открытый М. В. Ломоносовым закон сохранения вещества.

В 19 в. продолжалось интенсивное развитие всех разделов М. В динамике твёрдого тела классич. результаты Эйлера и Лагранжа, а затем С. В. Ковалевской, продолженные др. исследователями, послужили основой для теории гироскопа, к-рая приобрела особенно большое практич. значение в 20 в. Дальнейшему развитию принципов М. были посвящены основополагающие труды М. В. Остроградского, У. Гамильтона, К. Якоби, Г. Герца и др.

В решении фундаментальной проблемы М. и всего естествознания - об устойчивости равновесия и движения, ряд важных результатов получили Лагранж, англ, учёный Э. Раус и Н. Е. Жуковский. Строгая постановка задачи об устойчивости движения и разработка наиболее общих методов её решения принадлежат А. М. Ляпунову. В связи с запросами машинной техники продолжались исследования по теории колебаний и проблеме регулирования хода машин. Основы совр. теории автоматич. регулирования были разработаны И. А. Выгипе-градским.

Параллельно с динамикой в 19 в. развивалась и кинематика, приобретавшая всё большее самостоят, значение. Франц. ученый Г. Кориолис доказал теорему о составляющих ускорения, явившуюся основой М. относит, движения. Вместо терминов -"ускоряющие силы" и т. п. появился чисто кинематич. термин "ускорение" (Ж. Понселе, А. Резаль). Пуансо дал ряд наглядных геометрич. интерпретаций движения твёрдого тела. Возросло значение прикладных исследований по кинематике механизмов, важный вклад в к-рые сделал П. Л. Чебышев. Во 2-й пол. 19 в. кинематика выделилась в самостоят, раздел М.

Значит, развитие в 19 в. получила и М. сплошной среды. Трудами Л. Навъе и О. Каши были установлены общие ур-ния теории упругости. Дальнейшие фундаментальные результаты в этой области получили Дж. Грин, С. Пуассон, А. Сен-Венан, М. В. Остроградский, Г. Ламе, У. Томсон, Г. Кирхгоф и др. Исследования Навье и Дж. Стокса привели к установлению дифференциальных ур-ний движения вязкой жидкости. Существенный вклад в дальнейшее развитие динамики идеальной и вязкой жидкости внесли Гельмгольц (учение о вихрях), Кирхгоф и Жуковский (отрывное обтекание тел), О. Рейнольде (начало изучения турбулентных течений), Л. Прандтль (теория пограничного слоя) и др. Н. П. Петров создал гидродинамич. теорию трения при смазке, развитую далее Рейнольдсом, Жуковским совместно с С. А. Чаплыгиным и др. Сен-Венан предложил первую математич. теорию пластич. течения металла.

В 20 в. начинается развитие ряда новых разделов М. Задачи, выдвинутые электро- и радиотехникой, проблемами автоматич. регулирования и др., вызвали появление новой области науки - теории нелинейных колебаний, основы к-рой были заложены трудами Ляпунова и А. Пуанкаре. Другим разделом М., на котором базируется теория реактивного движения, явилась динамика тел переменной массы; её основы были созданы ещё в кон. 19 в. трудами И. В. Мещерского. Исходные исследования по теории движения ракет принадлежат К. Э. Циолковскому.

В М. сплошной среды появляются два важных новых раздела: аэродинамика, основы к-рой, как и всей авиац. науки, были созданы Жуковским, и газовая динамика, основы которой были заложены Чаплыгиным. Труды Жуковского и Чаплыгина имели огромное значение для развития всей совр. гидроаэродинамики.

Современные проблемы механики. К числу важных проблем совр. М. относятся уже отмечавшиеся задачи теории колебаний (особенно нелинейных), динамики твёрдого тела, теории устойчивости движения, а также М. тел переменной массы и динамики космич. полётов. Во всех областях М. всё большее значение приобретают задачи, в к-рых вместо "детерминированных", т. е. заранее известных, величин (напр., действующих сил или законов движения отд. объектов) приходится рассматривать "вероятностные" величины, т. е. величины, для к-рых известна лишь вероятность того, что они могут иметь те или иные значения. В М. непрерывной среды весьма актуальна проблема изучения поведения макрочастиц при изменении их формы, что связано с разработкой более строгой теории турбулентных течений жидкостей, решением проблем пластичности и ползучести и созданием обоснованной теории прочности и разрушения твёрдых тел.

Большой круг вопросов М. связан также с изучением движения плазмы в магнитном поле (магнитная гидродинамика), т. е. с решением одной из самых актуальных проблем совр. физики - осуществление управляемой термоядерной реакции. В гидродинамике ряд важнейших задач связан с проблемами больших скоростей в авиации, баллистике, турбостроении и двигателестроении. Много новых задач возникает на стыке М. с др. областями наук. К ним относятся проблемы гидротермохимии (т. е. исследования механич. процессов в жидкостях и газах, вступающих в химич. реакции), изучение сил, вызывающих деление клеток, механизма образования мускульной силы и др.

При решении мн. задач М. широко используются электронно-вычислительные и аналоговые машины. В то же время разработка методов решения новых задач М. (особенно М. сплошной среды) с помощью этих машин - также весьма актуальная проблема.

Исследования в разных областях М. ведутся в ун-тах и в высших технич. уч. заведениях страны, в Ин-те проблем механики АН СССР, а также во многих других н.-и. ин-тах как в СССР, так и за рубежом.

Результаты исследований, относящихся к различным областям М., публикуются в многочисленных периодич. изданиях: "Доклады АН СССР" (серия Математика. Физика, с 1965), "Известия АН СССР" (серии Механика твёрдого тела и Механика жидкости и газа, с 1966), "Прикладная математика и механика" (с 1933), "Журнал прикладной механики и технической физики" (изд. Сибирского отд. АН СССР, с 1960), "Прикладная механика" (изд. АН УССР, с 1955), "Механика полимеров" (изд. АН Латв. ССР, с 1965), "Вестники" и "Труды" ряда высших уч. заведений и др. (см. также Гидроазромеханика).

Для координации науч. исследований по М. периодически проводятся между-нар. конгрессы по теоретич. и прикладной М. и конференции, посвящённые отд. областям М., организуемые Междунар. союзом по теоретич. и прикладной М. (ШТАМ), где СССР представлен Национальным к-том СССР по теоретич. и прикладной М. Этот же к-т совместно с др. науч. учреждениями периодически организует всесоюзные съезды и конференции, посвящённые исследованиям в различных областях М.

Лит.: Галилей Г., Соч., т. 1, М.- Л., 1934; Ньютон И., Математические начала натуральной философии, в кн.: К р ы-л о в А. Н., Собр. трудов, т. 7, М. -Л., 1936; Эйлер Л., Основы динамики точки, М.- Л., 1938; Даламбер Ж., Динамика, пер. с франц., М.- Л., 1950; Лагранж Ж., Аналитическая механика, пер. с франц., т. 1-2, М.- Л., 1950; Жуковский Н. Е., Теоретическая механика, М.- Л., 1950; Суслов Г. К., Теоретическая механика, 3 изд., М.- Л., 1946; Б у х-гольц Н. Н., Основной курс теоретической механики, ч. 1 (9 изд.), ч. 2 (6 изд.), М., 1972; см. также лит. при ст. Гидроаэромеханика, Упругости теория и Пластичности теория. По истории механики: Моисеев Н. Д., Очерки развития механики, [М.], 1961; Космодемьянский А.А., Очерки по истории механики, 2 изд., М., 1964; История механики с древнейших времен до конца XVIII в., под общ. ред. А. Т. Гри-горьяна и И. Б. Погребысского, М., 1971; Механика в СССР за 50 лет, т. 1 - 4, М., 1968 - 1973; Л ь о ц ц и М., История физики, пер. с итал., М., 1970.

С. М. Торг.



Copyright © 2019    ·    О проекте: «Рефераты, Энциклопедии, Словари On-Line»    ·
Поиск информации: ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК. - Книга рекордов Гиннесса