Види механіки у фізиці. Функціональні та посадові обов'язки механіка

Механік – це спеціаліст широкого профілю, який відповідає за технічний стан та ремонт обладнання на виробничому підприємстві. Які саме повинен виконувати функції співробітник, який претендує на цю посаду, вирішує керівництво компанії спільно зі спеціалістом з відділу кадрів. Основні положення документа не повинні суперечити правовим нормамТрудового кодексу.

Загальні положення посадової інструкції для механіка

1. Хто і з якою освітою має право обіймати посаду механіка.
2. Якими знаннями та якостями повинен мати працівник, який претендує на цю вакансію.
3. Хтось є безпосереднім керівником співробітника на посаді механіка.
4. Режим роботи.
5. Хто має виконувати посадові обов'язкимеханіка у разі відпустки, лікарняного листата інших життєвих обставин.
6. Відомості щодо відпустки.

Посада механіка в залежності від виду діяльності

Функціональні обов'язки механіка залежать від того, в якій сфері діяльності він працює і яку посаду обіймає, а саме:

1. Інженер-механік.
2. Механік із випуску автотранспорту на лінію.
3. Головний механік.
4. Механік-водій.
5. Механік гаража (автотранспорту).

Крім цього, специфіка роботи спеціаліста подібного плану залежить від типу обладнання або транспортного засобу, який знаходиться під його контролем. Наприклад, механік морського судна, крім іншого, повинен пройти спеціальну військову підготовку і мати відповідну освіту, яка включає знання науки про суднобудування. Кожне підприємство має право встановлювати свої вимоги до претендента на роботу механіка, які вони прописують у відповідному договорі, а саме - посадової інструкції. Перед підписанням трудового договоруроботодавець має ознайомити майбутнього працівника із цим видом документа.

Розглянемо особливості функціональних і посадових обов'язків механіка, залежно від діяльності.

Посадові обов'язки головного механіка

1. Співробітник, який обіймає посаду головного механіка, зобов'язаний організовувати та проводити планову та при необхідності термінову перевірку технічного стану обладнання або транспортних засобівна підприємстві.
2. Складає графік роботи та відпусток співробітників, які перебувають у його підпорядкуванні.
3. Оцінює технічний стан обладнання, транспортних засобів гаража. Складає кошторис з його ремонту та передає вищому керівництвудля затвердження плану ремонту.
4. До обов'язків головного механіка також входить організація із заміни старого обладнання новим, проведення його технічного випробування у роботі.
5. Раз на півроку проводити інструктаж з техніки безпеки, а також доносити до своїх підлеглих інформацію про нові інструкції в роботі та накази.
6. Здійснює контроль за дотриманням техніки безпеки та умов праці.
7. Контролює робочий процес підлеглих, а саме, наскільки правильно вони експлуатують обладнання та як якісно виконують свої функціональні обов'язки.
8. У встановлені начальством терміни складатиме звіт про технічний стан обладнання, витрати, витрачені на його ремонт.
9. Розробляє та реалізує план щодо покращення якості роботи обладнання чи інших технічних засобів, за які він несе відповідальність документально.

Особливу відповідальність за технічну базуорганізації несе інженер-механік, обов'язки якого полягають у оптимізації виробництва. Розглянемо докладніше, що відповідає співробітник, котрий обіймає цю посаду.

Посадові обов'язки інженера-механіка

1. Здійснювати контроль якості роботи обладнання та транспортних засобів, які перебувають у розпорядженні організації.
2. Проводити аналіз ефективності роботи устаткування. За результатами дослідження скласти план щодо покращення його продуктивності, який необхідно узгодити з головним інженером.
3. Складати заявку на необхідні комплектуючі для ремонту або придбання техніки.
4. Один раз на 2–3 місяці проводити перевірку того, наскільки правильно експлуатується техніка, яка перебуває під його відповідальністю.
5. Надавати щомісяця звіти про виконану роботу та планові перевірки головному інженеру.
6. Повинен вносити пропозиції та рекомендації щодо покращення продуктивності у позмінному вигляді з наданням фактів, креслень та схем.

Відповідальність за поломку обладнання та простоювання виробництва відповідає інженер-механік. Обов'язки співробітника, який обіймає цю посаду, полягають у тому, щоб запобігти цьому інциденту.

Обов'язки механіка-водія

На відміну від своїх колег, механік-водій відповідає за транспортний засіб, виданий йому від підприємства. До його обов'язків входить:

1. Керувати наданим організацією автомобілем.
2. Перед виходом на лінію отримувати шляховий листз відміткою про проходження передрейсового огляду водія та транспортного засобу.
3. Надавати машину механікам гаража на плановий техогляд у встановлений термін.
4. Здійснювати планову заміну олії, заправку бензином та ремонт.
5. Складати заявку на ім'я інженера-механіка про необхідні запчастини.
6. Подавати звіт про витрату паливно-мастильних матеріалів.

Одним словом, посадові обов'язки механіка автотранспорту полягають у тому, щоб керований ним засіб перебував у технічно справному стані. Він також несе матеріальну відповідальність за наданий транспортний засіб. Якщо поломка машини сталася з його вини, ремонт він робить за свій рахунок.

Функціональні обов'язки механіка з випуску автотранспорту в рейс

У зв'язку з випадками ДТП з вини несправності автомашин уряд РФ у 2015 році посилив передрейсовий огляд. Тому на механіків, які займаються цією діяльністю, поклали додаткові обов'язки, а саме:

1. Механік має уважно оглянути автотранспорт. Технічний засібмає бути повністю у справному стані.
2. Здійснює перевірку наявності у водія машини відповідних супровідних документів та посвідчення водія.
3. Повинен доповідати своєму безпосередньому начальнику про стан машин у парку підприємства, а також порушення у діях водіїв.
4. Ведення необхідної документації.
5. Встановлює пломбу на спідометр та бензобак.
6. Звіряє показники приладів із існуючими нормативами.
7. Перед випуском лінію зобов'язаний переконатися у допуску його до роботи медичним працівником.

Неналежне виконання своїх обов'язків несе за собою відповідальність, яка може бути виражена у кількох формах.

Види покарання механіка за неналежного виконання обов'язків

1. Адміністративна відповідальність.Має на увазі під собою усну або письмову догану.

2. Матеріальна.Якщо з вини співробітника підприємство зазнало збитків, він зобов'язаний їх відшкодувати. У гіршому випадкуйого можуть звільнити.

3. Кримінальна.Якщо через неналежне виконання професійних обов'язків механіка було завдано шкоди здоров'ю середнього ступеня тяжкості одного або кількох людей. Наприклад, якщо механік випускає на лінію технічно несправний транспортний засіб, який у результаті потрапляє у ДТП із людськими жертвами.

Зміни основних положень у посадовій інструкції

Роботодавець залишає у себе права змінювати розроблену ним інструкцію з функціональними обов'язками механіка. Це зумовлено тим, що російське законодавство постійно приймає акти та нормативи з техніки безпеки на підприємстві та дорозі. Представник цієї професії зобов'язаний ознайомити своїх співробітників кожного індивідуально та суворо під особистий підпис.

Така професія, як механік, досить популярна нині. Однак ця посада має на увазі ще й велику відповідальність у сфері виробництва та транспортної логістики, наявність освіти та досвіду роботи не менше 3 років.

Механіка - наука про механічний рух матеріальних тіл і що відбуваються при цьому взаємодії між ними.

Під механікою зазвичай розуміють так звану класичну механіку, основу якої лежать закони механіки Ньютона. Механіка Ньютона вивчає рух будь-яких матеріальних тіл. елементарних частинок) за умови, що ці тіла рухаються зі швидкостями, набагато меншими за швидкість світла (рух тіл зі швидкостями порядку швидкості світла розглядають у теорії відносності, а внутрішньоатомні явища та рух елементарних частинок - у квантовій механіці).

Під механічним рухом розуміють зміну з часом взаємного розташування тіл чи його частин у просторі: наприклад, рух небесних тіл, коливання земної кори, повітряні та морські течії, рух літальних апаратів та транспортних засобів, машин та механізмів, деформації елементів конструкцій та споруд, рух рідин та газів та ін.

У механіці розглядають взаємодії тіл, результатом яких є зміни швидкостей точок цих тіл чи їх деформації. Наприклад, тяжіння тіл за законом всесвітнього тяжіння, взаємний тиск дотичних тіл, вплив частинок рідини або газу один на одного і на ті, що рухаються або покояться в них і т.п.

При вивченні руху матеріальних тіл оперує рядом понять, що відображають ті чи інші властивості реальних тіл, наприклад:

Матеріальна точка - об'єкт зневажливо малих розмірів, що має масу. Це поняття можна використовувати, коли тіло рухається поступально або коли у досліджуваному русі можна знехтувати обертанням тіла навколо його центру мас;

Абсолютно тверде тіло- Тіло, відстань між двома будь-якими точками якого не змінюється. Це поняття застосовне, коли можна знехтувати деформацією тіла;

Суцільна змінна середовище - це поняття застосовно, коли можна знехтувати молекулярною структурою тіла. Його використовують щодо руху рідин, газів, деформируемых твердих тіл.

Механіка складається з наступних розділів:

1) механіка матеріальної точки;

2) механіка абсолютно твердого тіла;

3) механіка суцільного середовища, до якого, у свою чергу, входять:

а) теорія пружності;

б) теорія пластичності;

в) гідродинаміка;

г) аеродинаміка;

д) газова динаміка.

Кожен із перерахованих розділів складається зі статики, динаміки та кінематики. Статика - це вчення про рівновагу тіл під дією сил (грец. statos - вартий).

Динаміка - це вчення про рух тіл під впливом сил. Кінематика – це вчення про геометричні властивості руху тіл.

Крім перерахованих вище розділів механіки мають самостійне значення теорія коливань, теорія стійкості руху, механіка тіл змінної маси, теорія автоматичного регулювання, теорія удару та ін.

Механіка тісно пов'язана з іншими розділами фізики. Велике значенняМеханіка має для багатьох розділів астрономії, особливо для небесної механіки (рух планет і зірок тощо).

Для техніки механіка має особливе значення. Наприклад, гідродинаміка, аеродинаміка, динаміка машин і механізмів, теорія руху наземних, повітряних та транспортних засобів використовують рівняння та методи теоретичної механіки.

Вступ. Історія науки.

1. Введення

Наука про механічний рух та взаємодію матеріальних тіл називається механікою. Коло проблем, що розглядаються в механіці, дуже велике і з розвитком цієї науки в ній з'явився цілий ряд самостійних областей, пов'язаних з вивченням механіки твердих деформованих тіл, рідин і газів. До цих областей належать теорія пружності, теорія пластичності, гідромеханіка, аеромеханіка, газова динаміка та ряд розділів так званої прикладної механіки, зокрема: опір матеріалів, статика споруд ( будівельна механіка), теорія механізмів та машин, гідравліка, а також багато спеціальних інженерних дисциплін. Однак у всіх цих областях поряд зі специфічними для кожної з них закономірностями та методами дослідження спираються наряд основних законів або принципів і використовують багато понять та методів, загальних для всіх областей механіки. Розгляд цих загальних понять, законів та методів і становить предмет так званої теоретичної(або загальної)механіки.

Механічним рухомназивають те, що відбувається з часом, зміна взаємного становищаматеріальних тіл у просторі. Оскільки стан спокою є окремий випадок механічного руху, то завдання теоретичної механіки входить також вивчення рівноваги матеріальних тіл. Під механічним взаємодією розуміють ті дії матеріальних тіл друг на друга, у яких відбувається зміна руху цих тіл чи зміна їх форми (деформація).

Прикладами механічного руху в природі є рух небесних тіл, коливання земної кори, повітряні та морські течії тощо, а в техніці – рух різних наземних або водних транспортних засобів та літальних апаратів, рух частин всіляких машин, механізмів та двигунів, деформація елементів тих чи інших конструкцій та споруд, перебіг рідини та газів та багато іншого.Прикладами ж механічних взаємодій є взаємні тяжіння матеріальних тіл згідно із законом всесвітнього тяжіння, взаємні тиску стикаються (або соударяющихся) тіл, впливу частинок рідини і газу один на одного і на тіла, що рухаються або ті, що спочивають, і т.д.

Рух матерії відбувається у часі та просторі. За простір, у якому відбувається рух тіл, приймають «звичайне» евклідове тривимірне простір. Для вивчення руху вводять так звану систему відліку, розуміючи під нею сукупність тіла відліку (тіла, щодо якого вивчається рух інших тіл) та пов'язаних з ним систем координатних осей та годинників. У теоретичній механіці приймається, що час не залежить від руху тіла і що воно однаково у всіх точках простору та всіх системах відліку (абсолютний час). У зв'язку з цим у теоретичній механіці, говорячи про систему відліку, можна обмежитися вказівкою лише тіла відліку чи системи координатних осей, що з цим тілом.

Рух тіла відбувається в результаті дії на тіло сил, що рухається, викликаних іншими тілами. При вивченні механічного руху та рівноваги матеріальних тіл знання природи сил необов'язково, достатньо знати лише їх величини. Тому в теоретичній механіці не вивчають фізичну природу сил, обмежуючись лише розглядом зв'язку між силами та рухом тіла.

Теоретична механіка побудована на законах І.Ньютона, справедливість яких перевірена величезною кількістю безпосередніх спостережень, досвідченою перевіркою наслідків (найчастіше далеких і зовсім не очевидних) із цих законів, а також багатовікової практичною діяльністюлюдини. Закони Ньютона справедливі в усіх системах відліку. У механіці постулюється наявність хоча б однієї такої системи (інерційна система відліку). Численні досліди та вимірювання показують, що з високим ступенем точності система відліку з початком у центрі Сонячна системаі осями, спрямованими до далеких «нерухомих» зірок, є інерційною системою відліку (вона називається геліоцентричною або основною інерційною системою відліку).

Надалі буде показано, що якщо є хоча б одна інерційна система відліку, то їх є безліч (дуже часто інерційні системи відліку називають нерухомими системами). Багато завдань за інерційну систему відліку приймають систему, що з Землею. Помилки, що виникають при цьому, зазвичай настільки незначні, що практичного значення вони не мають. Але є завдання, у яких не можна знехтувати обертанням Землі. У цьому випадку за нерухому систему відліку слід приймати введену систему геліоцентрису відліку.

Теоретична механіка є природною наукою, що спирається на результати досвіду та спостережень та використовує математичний апарат при аналізі цих результатів. Як у будь-якій природній науці, в основі механіки лежить досвід, практика, спостереження. Але спостерігаючи якесь явище, ми не можемо відразу охопити його у всьому різноманітті. Тому перед дослідником постає завдання виділити у досліджуваному явищі головне, що визначає, відволікаючись (абстрагуючись) від того, що менше істотно другорядно.

У теоретичній механіці метод абстракції грає дуже важливу роль. Відволікаючись щодо механічних рухів матеріальних тіл від усього приватного, випадкового менш істотного, другорядного і розглядаючи ті властивості, які у цій задачі є визначальними, ми приходимо до розгляду різних моделейматеріальних тіл, які мають той чи інший ступінь абстракції. Так, наприклад, якщо відсутня відмінність у рухах окремих точок матеріального тіла або в даній конкретній задачі ця відмінність дуже мала, то розмірами цього тіла можна знехтувати, розглядаючи його як матеріальну точку. Така абстракція призводить до важливого поняття теоретичної механіки – поняття матеріальної точки, яка відрізняється від геометричної точкитим, що має багато. Матеріальна точка має властивість інертності, як володіє цією властивістю тіло, і, нарешті, вона має ту ж здатність взаємодіяти з іншими матеріальними тілами, яку має тіло. Так, наприклад, планети в їхньому русі навколо сонця, космічні апаратиу тому русі щодо небесних тіл можна розглядати у першому наближенні як матеріальні точки.

Іншим прикладом абстрагування реальних тіл є поняття абсолютно твердого тіла. Під ним розуміється тіло, яке зберігає свою геометричну форму незмінною незалежно від дій інших тіл. Звісно, ​​абсолютно твердих тіл немає, оскільки у результаті дії сил все матеріальні тіла змінюють свою форму, тобто. деформуються, але у багатьох випадках деформацією тіла можна знехтувати. Наприклад, при розрахунку польоту ракети ми можемо знехтувати невеликі коливання. окремих частинїї, оскільки ці коливання дуже мало позначаться на параметрах її польоту. Але при розрахунку ракети на міцність облік цих коливань є обов'язковим, бо вони можуть спричинити руйнування корпусу ракети.

Приймаючи ті чи інші гіпотези, слід пам'ятати про межі їх застосування, оскільки забувши про це, можна дійти абсолютно неправильних висновків. Це відбувається тоді, коли умови розв'язуваної задачі вже не задовольняють зробленим припущенням і властивості, що не враховуються, стають суттєвими. В курсі при постановці завдання ми завжди звертатимемо увагу на ті припущення, які приймаються при розгляді цього питання.

На жаль, теоретичну механіку, вивчають і застосовують лише інженери, тобто. знають орієнтовно один із ста осіб населення і треба ясно представляти реальну суспільну ситуацію: однаково звучить слово«теоретичний» відбиті дуже різні поняття - для переважної більшості населення слово «теоретичний» має широкий діапазон значень, більше з негативним, ніж позитивним відтінком. Це знайшло свій відбиток у тлумачних словниках. У читаємо: теоретизувати – займатися теоретичними питаннями, створювати теорію; розмірковувати на абстрактні теми, без користі для справи; теоретичний - не спирається на реальність, на практичні можливості; теоретичний – абстрактний, абстрактний, який не знаходить практичного застосування.

До теоретичної механіки такі тлумачення не ставляться, а стосовно її викладачам і користувачам – образливі, образливі, принизливі. Доводиться виправдовуватись і пояснювати, що теоретична механіка – це не уфологія з астрологією, не метеорологія і навіть не фізика. Пророцтва, засновані на методах теоретичної механіки, практично достовірні.

У вищих технічних навчальних закладахтеоретична механіка ділиться зазвичай на три розділи: статику, кінематику та динаміку. Ця традиція знайшла відображенні і в цьому курсі.

У статиці вивчаються методи перетворення одних сукупностей сил на інші, еквівалентні даним, з'ясовуються умови рівноваги, і навіть визначаються можливі положення рівноваги. Надалі під рівновагою матеріального тіла мається на увазі його спокій щодо деякої обраної системи відліку, тобто. розглядається відносна рівновага та спокій.

У кінематиці рух тіл сприймається з чисто геометричної погляду, тобто. без урахування силових взаємодій між тілами. Недарма кінематику називають іноді «геометрією руху», що включає, звісно, ​​поняття часу. Основними характеристиками рухів у кінематиці є: траєкторія, пройдений шлях, швидкість та прискорення руху.

У динаміці рух тіл вивчається у зв'язку із силовими взаємодіями між тілами. Докладніші відомості про завдання статики, кінематики та динаміки будуть надані у відповідних розділах курсу.

2. Про історію науки

Виникнення та розвитку механіки як науки нерозривно пов'язані з історією розвитку продуктивних сил суспільства, з рівнем виробництва та техніки кожному етапі цього розвитку.

У давні часи, коли запити виробництва зводилися головним чином до задоволення потреб будівельної техніки, починає розвиватися вчення про так звані найпростіші машини (блок, воріт, важіль, похила площина) та загальне вчення про рівновагу тіл (статика). Обгрунтування початків статики міститься вже у творах одного з великих учених давнини Архімеда (287-212 р. до н.е.).

Розвиток динаміки починається значно пізніше. У XV-XVI століттях виникнення та зростання в країнах Західної та Центральної Європибуржуазних відносин послужили поштовхом до значного підйому ремесел, торгівлі, мореплавання та військової справи (поява вогнепальної зброї), а також до важливих астрономічних відкриттів. Все це сприяло накопиченню великого досвідченого матеріалу, систематизація та узагальнення якого призвели у XVII столітті до відкриття законів динаміки. Основні досягнення у створенні основ динаміки належать геніальним дослідникам Галілео Галілею (1564-1642 рр.) та Ісааку Ньютону (1643-1727 рр.). У творі Ньютона «Математичні початки натуральної філософії», виданому 1687 р, і було викладено у систематичному вигляді основні закони класичної механіки (закони Ньютона).

У XVIII ст. починається інтенсивний розвиток у механіці аналітичних методів, тобто. методів, що ґрунтуються на застосуванні диференціального та інтегрального обчислень. Методи вирішення задач динаміки точки та твердого тіла шляхом складання та інтегрування відповідних диференціальних рівняньбули розроблені великим математиком та механіком Л.Ейлером (1707-1783 рр.). З інших досліджень у цій галузі найбільше значеннядля розвитку механіки мали праці видатних французьких учених Ж.Даламбера (1717-1783 рр.), що запропонував свій відомий принцип вирішення задач динаміки, та Ж.Лагранжа (1736-1813 рр.), який розробив загальний аналітичнийметод вирішення задач динаміки на основі принципу Даламбера та принципу можливих переміщень. В даний час аналітичні методи вирішення задач є в динаміці основними.

Кінематика, як окремий розділ механіки, виділилася лише XIX в. під впливом запитів машинобудування, що розвивається. В даний час кінематика має велике самостійне значення для вивчення руху механізмів і машин.

У Росії її на розвиток перших досліджень з механіці великий вплив справили праці геніального вченого і мислителя М.В.Ломоносова (1711-1765 рр.), і навіть творчість Л.Эйлера , який тривалий час жив у Росії працював у Петербурзької академії наук. З численних вітчизняних учених, які зробили значний внесок у розвиток різних галузей механіки, насамперед мають бути названі: М.В.Остроградський(1801-1861 рр.), якому належить низка важливих досліджень з аналітичним методамрозв'язання задач механіки; П.Л.Чебишев (1821-1894 рр.), який створив новий напрямок у дослідженні руху механізмів; С.В.Ковалевська (1850-1891 рр.), що вирішила одне з найважчих завдань динаміки твердого тіла; А.М.Ляпунов(1857-1918 рр.), який дав строгу постановку одного з фундаментальних завдань механіки та всього природознавства – завдання про стійкість рівноваги та руху та розробив найбільш загальні методиїї вирішення; І.В.Мещерський (1859-1935 рр.), який зробив великий внесок у вирішення завдань механіки тіл змінної маси; К.Е.Ціолковський (1857-1935 рр.), автор низки фундаментальних досліджень з теорії реактивного руху; А.Н.Крилов (1863-1945 рр.), який розробив теорію корабля і багато вніс у розвиток теорії гіроскопа та гіроскопічних приладів.

Особливе значення для подальшого розвиткумеханіки нашій країні мали праці Н.Е.Жуковського (1847-1921 рр.), який заклав основи авіаційної науки, та її найближчого учня основоположника газової динаміки С.А.Чаплыгина (1869-1912 рр.). Характерною рисоютворчості Н.Е.Жуковського було застосування методів механіки до вирішення актуальних технічних завдань, прикладом чого служать багато його праці з динаміці літака, розроблена ним теорія гідравлічного удару в трубах та ін. Великий впливідеї Н.Е.Жуковського надали і викладання механіки у вищих технічних навчальних закладах.

3. Основні складові теоретичної механіки

ТМ = ОФ + Т + М,

де ТМ – теоретична механіка;

ОФ – її опорні факти;

Т-термінологія;

М – методологія.

M = MM= MO+ MT,

де ММ - різноманітні математичні містки, що забезпечують умоглядні (за письмовим столом) переходи від математичних описіводних фактів теоретичної механіки до інших;

МО – математичні операції;

МТ - мнемотехніка (мнемоніка) – сукупність систем позначень, правил, прийомів та іншого, що полегшують запам'ятовування необхідних відомостей.

Теоретична механіка – це спресований досвід людства у сфері механічних явищ.

4. Приклади опорних фактів теоретичної механіки

4.1 Правило рівноваги важеля олоте правило механіки

Правило рівноваги важеля формулювали ще Аристотель (384-322 рр. е.) та її учні - у трактаті «Механічні проблеми».

Трактат має 36 розділів. Предметом розгляду є гребне весло, кермо та вітрило; лебідка, метальна машина та колесо колісниці; клин, сокира, ваги; розглядається рівновага навантаженого блоку та інші пристрої на той час, аж до різних щипців (медичних, для горіхів). Розгляд проблем починається із загального теоретичного результату, викладеного в першому розділі: «Рухомий вантаж має до рушійного вантажу відношення, зворотне відношенню довжин плечей, бо завжди, чим далі щось відстоює від точки опори важеля, тим легше воно рухає».

Правило рівноваги важеля при створенні машин та пристроїв широко використовував і Архімед ( 287-212 рр. до н.е.).

У Аристотеля та Архімеда проглядаються зачатки та кінематичного методу підходу до вирішення завдань статики (прообразу сьогоднішнього« Принципу можливих переміщень») . У більш розвиненою формоюце продивляється в«Книзі Карастун» арабського вченого VIII ст. Табіт Бен Кура. Практично ясне виклад золотого правила механіки, в термінах і літературному стилі того часу, ми знаходимо в трактаті« Про науку механіки» (1649 р.) Галілео Галілея –«відстань, які пройшли тіла в однакові проміжки часу, відносяться один до одного назад їх ваги» .

Людство і сьогодні користується цими фундаментальними, досі ніким не підданими сумніву, правилами. Подібні наукові результати є опорними фактами теоретичної механіки.

4 .2 . Про вічні двигуни

Одним із широко застосовуваних сьогодні опорних фактів теоретичної механіки є «Закон збереження повної механічної енергії». Його поява багато в чому зумовлена ​​настроєм створювати «вічні двигуни», що мали місце в суспільстві.

Ідея про можливість створення perpetuum mobile» з'явилася у XII ст. Згадує про нього у своєму трактаті індійський математик та астроном Бхаскар Ачарья (1114-1185 рр.). Пропагував роботу над створенням вічних двигунів Роджер Бекон (1214-1292). До наших днів дійшла «Книга малюнків» (1235-1240 рр.) французького інженера та архітектора Віллара д'Оннекура, де вічний двигун запропонований у формі колеса з шарнірно прикріпленими до його обіду молотками.

З приводу неможливості створення вічного двигуна, спираючись на дані науки того часу (в основі яких, як і сьогодні лежали досвідчені дані), висловлювали свою думку багато великих вчених: Леонардо да Вінчі (1452-1519 рр.): «Шукачі вічного руху, яке кількість пустих задумів пустили ви у світ! Кардано (1501-1576 рр.): «Не можна влаштувати годинник, який заводився б самі собою і самі піднімали гирі, рушійні механізм». Галілей (1564-1642 рр.): Машини не створюють рух; вони лише його перетворюють. Хтось сподівається на інше, той нічого не розуміє в механіці». Приблизно такі самі висловлювання є у роботах Стевіна (1548-1620 рр.) і Уилкинса (1599-1658 рр.).

Зачатки сучасного наукового обґрунтуваннябезперспективності робіт зі створення вічних двигунів є у Гюйгенса (1629-1695 рр.): «Тіло неспроможна під впливом тяжкості піднятися вище тієї висоти, з якою воно впало». Список прізвищ вчених, які писали про безперспективність занять щодо винаходу вічного двигуна продовжимо, але поки що дві констатації:

Експериментально-теоретичні дані та настирливість «винахідників» вічних двигунів змусили Паризьку Академіюнаук у 1775 р. прийняти офіційну постанову, що надалі вона «не розглядатиме жодної машини, що дає вічний рух», бо «створення вічного двигуна абсолютно неможливо»;

І все ж, незважаючи на дозрілу в суспільстві ясність у питанні, за даними Британського патентного бюро з 1850 по 1903 рр. було подано близько 600 заявок на вічні двигуни; аналогічна картина спостерігалася й інших країнах. На жаль, питання з винахідниками вічних двигунів непросте. Вони зустрічаються і досідень. Десяток конкретних прикладівз особистого життяможе навести і автор даних рядків.

Були випадки (наприклад:Йоган Орфіреус – XVIII ст.; Джон Кілі - ХІХ ст.), коли вдавалося переконати інтелектуальну частину суспільства у протилежному (зокрема був навіть цар Петро Перший), але завжди з'ясовувалося, що це «творці» вічних двигунів були шахраями.

При цьому зауважимо: питання було непросте. Це є чіткі кількісні критерії, дозволяють пояснювати безперспективність робіт над створенням «perpetuum mobile ». Тоді цього не було - нині використовувані поняття та кількісні характеристики (потенційна та кінетична енергії, кінетичний потенціал; консервативні та неконсервативні системи) були розроблені лише до середині XIXв.; навіть термін «енергія» було запроваджено лише 1807 р. Т. Юнгом (1773-1829 рр.), увійшов він у життя пізніше - завдяки старанням У.Ренкіна (1820-1872 рр.) і У. Томсона-Кельвіна (1824) -1907 рр.).До того ж, закон про збереження механічної енергії лише наполовину вирішував проблему; вона була повністю закрита лише після того, як став відомий механічний еквівалент теплової енергії (4190 Нм/ккал) та інші результати С. Карно (1796-1832 рр.), Р. Майєра (1814-1878 рр.), Д. Джоуля (1818) -1889 рр.) та інших учених XIX в. – коли з'явився закон збереження енергії в широкому плані, який враховував не лише кінетичну та потенційну, але й теплову, магнітну, електричну, звукову та світлову енергії.

4.3. Про законі рівності дії та протидії

Дія та протидія утворюють систему протилежних сил.

При побудові теорії цей опорний факт зазвичай приймається як висвічена аксіома.

Іноді кажуть: « Аксіома - положення, що приймаєтьсябез доказів» . Подібні висловлювання не можна вважати вдалими.

1654 р. Магдебург. Бургомістр Отто фон Геріке демонструє властивість вакууму - досвід, що обійшов друк усіх розвинених країнсвіту: дві мідні порожнисті півкулі з'єднані між собою по екваторіально-кільцевій поверхні; з внутрішньої порожнини сферичної оболонки, що утворилася, викачано повітря (через краник); оболонки-напівсфери розтягують (і не можуть роз'єднати) дві вісімки коней (т .ене вісім проти однієї, або двох, або чотирьох, а вісім проти восьми).

Ще й сьогодні ми спостерігаємо народні змагання з перетягування канату. І тут усім, з безпосередніх спостережень, зрозуміла необхідність рівності числа суперників з обох кінців каната.

Справедливість закону протидії можна спостерігати також на прикладі однаковості деформацій буферних пружин двох вагонів, що взаємодіють (як при їх зчіпці, так і при русі поїзда).

Законом про протидію Людство користується щонайменше трьох століть. Принаймні, вже у «Математичних засадах натуральної філософії» (І. Ньютон, 1687 р.) ми бачимо: «Дії завжди є однакову і протилежну протидію, інакше: взаємодії двох тіл друг на друга між собою рівні й у протилежні боку. Якщо що-небудь тисне на щось інше або тягне його, то воно саме цим останнім давиться або тягнеться. Якщо кінь тягне камінь, прив'язаний до каната, то й назад... він з рівним зусиллям відтягується до каменю».

Сили дії та протидії можуть бути контактними (від безпосереднього зіткнення тіл) і переданими через поля – гравітаційні, магнітні, електричні, електромагнітні та ін. Ньютон пише:« Щодо притягнень справа може бути викладена коротко наступним чином… Я виробляв досліди з магнітом і залізом: якщо їх помістити кожен в окрему посудину і пустити плавати на спокійній воді так, щоб судини взаємно торкалися, то ні той, ні інший не починають рухатися, але внаслідок рівності взаємного тяжіннясудини зазнають рівного тиску і залишаються в рівновазі».

Закінчено розгляд ще одного, широко застосовуваного опорного факту теоретичної механіки. Хіба можна сказати, що це якесь надумане теоретичне становище? Звичайно ні - це легко перевіряється досвідчений факт, з позитивним результатом, що пройшов багатовікову перевірку всіма країнами та народами.

4.4. Про законі падіння тел

Він відбивається математичним співвідношенням

де s 1 та s 2 - пройдені тілом відстані до моментів часу t 1 та t 2 .

У XVI ст. правильність відображення закону руху падаючих тіл, що рухаються по гладким похилим жолобах математичним співвідношенням (1) була далеко не очевидною. Так, відомий італійський учений Джамбатиста Бенедетті (1530 - 1590 рр.) в «Книга різних математичних і фізичних міркувань» (1585 р.) вважав, що швидкість падіння свинцевої кулі має бути в 11 разів більше дерев'яної, а Рено Декарт у своїх записах приблизно 1620 р. наводив співвідношення

Дати докази правильності опису формулою (1) руху тіл, що вільно падають і рухаються по похилим жолобах, вдалося лише Галілео Галілею (1638 р.) – у «Бесіди і математичні докази...».

При цьому зауважимо: досліди Галілея з киданням тіл з Пізанської вежі (приблизно 1589-1592 рр.) не дали йому надійних результатів через відсутність точних вимірювачів коротких проміжків часу; але він знайшов вихід зі становища – перейшов на досліди з бронзовою кулькою, що ковзає вздовж гладкого жолоба на нахиленій під різними кутами до горизонту дошці.Хоча проміжки часу, як і раніше, вимірювалися кількістю води, що випливала з судини, їх вдалося подовжити приблизно в 5-15 разів, що, у поєднанні з можливістю змінювати кут нахилу дошки з жолобом, виявилося достатнім для отримання надійних експериментальних даних.

Майже 400 років у світі користуються співвідношенням (1) і проти цього не з'явилося жодних заперечень.

4.5. Про відкриття восьмої та дев'ятої планет Сонячної системи

Вважається, що одним із найбільш значущих досягнень небесної механіки, а значить і теоретичної механіки, є відкриття планети Нептун.

З давніх-давен були відомі шість планет: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер і Сатурн.

13 березня 1781 р. англійський астроном В. Гершель виявив у телескоп, що переміщається на небесній сферісвітило. Спочатку обчислення показали, що виявлене небесне тіло рухається навколо Сонця майже по колу, перебуваючи приблизно вдвічі далі від Сонця, ніж Сатурн. Виявилося: це велика планетаСонячна система. Сьому планету назвали Уран.

Зіставлення спостережуваного (фактичного) руху Урану з теоретично передбачуванимпомітно розходилися: 1830 р. – на 20""; у 1840 р. – на 1,5"; у 1844 р. – на 2".

На той час методи теоретичної механіки зарекомендували себе високої довірливістю прогнозів. Тому було висловлено припущення, що у більшому, ніж Уран, віддалення Сонця є ще планета; при розрахунках треба враховувати і її силову дію (так зване "обурення") на Уран.

За допомогою простих спостережень у телескоп виявити нову планетурівнозначно, що знайти голку у стозі сіна. Тому й постало завдання: використовуючи методи теоретичної механіки визначити орбіту гіпотетичної восьмої планети.

Французький астроном Левер'є (1811-1877 рр.) припустив, що теорії Ньютона і Коперника (і загалом методи теоретичної механіки) вірні, але неврахована ще одна, невідома, восьма планета, близько розташована до Урану. Після відповідних обчислень Левер'є вказав її місце на небесній сфері, але не маючи якісної спостережної техніки, повідомив у Берлінську обсерваторію. У день одержання листа (23 вересня 1846 р.) німецький астроном Галле у вказаній точці небесної сфери і виявив восьму планету Сонячної системи. Її назвали Нептун.

У 1915 р. американський астроном Ловелл (1855-1916 рр.) передбачив існування ще однієї планети Сонячної системи. Його пророцтво також виявилося пророчим – 18 лютого 1930 р. вона була виявлена. Дев'яту планету Сонячної системи назвали Плутон.

Але чому Нептун був виявлений відразу, а Плутон лише через 15 років? Через те, що Нептун на небесній сфері виглядає як восьма зіркова величина, а Плутон є 15-ю зоряною величиною і довго не міг бути виявлений через недосконалість приладів і методів обробки зображень скупчень небесних тіл на фотографіях.

4.6. Про період коливань маятника

Люди здавна хотіли мати зручний у користуванні годинник. Але якщо в побуті населення пристосувалося проводити життя за відсутності точних показників часу, то питання життєзабезпечення на кораблях наполегливо вимагали їх створення.

Сталося так, що практика пішла шляхом створення маятникового годинника.

Якщо говорити про їхню історію, то можна відзначити, що годинник шлункоподібної форми в 1490 р. робив у Нюрнберзі Петер Хеле, приблизно в той же час у Кенігсберзі - Ганс Йонс.

Але точність годин на той час (і кишенькових, і баштових) приблизно до 1660 р. була незадовільною - вони поспішали чи спізнювалися щонайменше ніж годину на добу.

І лише завдяки проведеним серйозним дослідженням законів руху маятників вдалося неточність ходу годинника знизити до декількох хвилин, а потім і секунд на добу.

У створенні теорії маятників помітна участь Галілея. Він, моделюючи математичний маятник (це нитка, верхній кінець якої закріплений, а до нижнього прикріплений вантаж), підвішував різні за масою та щільністю кулі та правильно встановив незалежність періоду коливань від цих факторів. Що ж до явища ізохронності (незалежності періоду коливань від початкових умов– від початкової кутової координати та швидкості), то тут їм було отримано результат, який вимагав подальшого уточнення – Галілей вважав, що коливання математичного маятникаізохронні не тільки при малих, а й великих кутах розмаху.

Його дослідження в галузі коливань маятників продовжило молоде покоління вчених. Великий внесок у підвищення точності годинника зробили Роберт Гук і Томас Томпсон (останній – більше практик, що підхоплював новітні наукові досягнення в галузі вдосконалення годинника і завоював, тому, славу кращого годинникара світу того часу).

Але найбільші заслуги у вирішенні проблеми точності ходу годинника у голландського вченого Християна Гюйгенса. Зокрема, 1657 р. він від Уряду Голландії отримав патент на маятниковий годинникзі «вільним пуском», 1658 р. опублікував брошуру «Годинник» (з докладним описом їхньої конструкції) та уточнив результати досліджень Галілея щодо ізохронності коливань математичного маятника, тобто. він показав, у тому числі й дослідами, що більше точною формулоюдля визначення періоду коливань математичного маятника не є

З цими досвідченими результатами у повній згоді є результати, що передбачаються сьогодні методами теоретичної механіки.

4.7. Про закон інерції

Цей опорний факт теоретичної механіки перебуває в огляді світової наукової громадськості щонайменше 350 років:

Без чітких формулювань, але є у «Питаннях, які стосуються книжок “Фізика”» (1545 р.) іспанця Домініко Сото (1494-1560 рр.);

Ясно сформульований у «Розмовах та математичних доказах...» (1638 р.) Галілео Галілея: «Коли тіло рухається по горизонтальній площині, Не зустрічаючи ніякого опору руху, то ... рух це є рівномірним і тривало б нескінченно, якби площина сягала в просторі без кінця »;

У Християна Гюйгенса, як «гіпотеза» міститься в трактаті «Маятниковий годинник...» (1673);

У «Математичних засадах» (1687 р.) І.Ньютона використаний у формі закону-аксіоми: «Будь-яке тіло продовжує утримуватися у своєму стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, Поки і оскільки воно не спонукається докладеними силами змінювати цей стан».

За минулі 3,5 століття не з'явилося жодного експериментального свідчення, яке суперечило б закону інерції (що є одним з найбільш важливих опорних фактів теоретичної механіки).

4.8. Про принцип відносності Галілея

Якщо бути точним, то закон інерції справедливий не в будь-якій системі відліку. Але такі системи відліку, звані інерціальними, є, та їх безліч. Першим досвідченим шляхом це незаперечно довів Галілей.

«У великій каюті під палубою якогось великого корабля закрийтеся з іншими спостерігачами. Влаштуйте так, щоб у ній були мухи, метелики та інші комахи, що літають, акваріумс плаваючими в ньому рибками. Візьміть також посудину з вузьким шийкою і приладженою над ним іншою посудиною, з якої вода капала б, потрапляючи у вузьку шийку нижньої судини.

І поки корабель стоїть нерухомо, спостерігайте уважно, як ці комахи з однаковою швидкістю літатимуть по каюті в будь-якому напрямку, ви побачите, як рибки рухатимуться байдуже у напрямку будь-якої частини акваріума. Всі краплі води падаючи будуть потрапляти в посудину, що стоїть внизу, з вузьким шийкою. І ви самі, кидаючи якийсь предмет вашому другові, не повинні кидати його з великим зусиллям в один бік, ніж в інший, якщо відстань однакова. А коли ви почнете стрибати двома ногами з місця, то на однакові відстані змістіться у всіх напрямках.

Коли ви добре помітите всі ці явища, дайте рух кораблю, і до того ж з будь-якої швидкістю. Тоді, якщо рух буде рівномірним (в умовах відсутності качки), ви не помітите ні найменшої різниці у всьому, що було описано; і ні по одному з цих явищ, ні по чому-небудь, що станеться з вами самими, ви не зможете переконатися чи рухається корабель або стоїть нерухомо: стрибаючи ви будете зміщуватися .... (Далі йде повторення написаного вище) ».

Зауваження. Згаданий Галілеєм Франческо Інголі був високо освіченою на той час особистістю, знавцем права та поліглотом, автором книги «Міркування щодо місця та нерухомості Землі, спрямоване проти системи Коперника», в якому, посилаючись на відомого астронома Тихо Браге, говорить про один «досвід», підтверджує нерухомість Землі: якщо корабель швидко пливе, то камінь, що падає з вершини щогли, відстає і падає далеко від підніжжя щоглинапрямку до корми. У "Посланні до Інголі" Галілей заявляє, що не вірить Тихо Бразі. Він (Галілей) переконаний, що Тихо Браге таких дослідів не проводив. Сам же він, Галілей, зробив такі досліди і дійшов результату, що камінь падає до підніжжя щогли. До відома: у науці на той час було дуже багато умоглядно-надуманого, не заснованого на досвідчених даних, тобто. на відміну від сьогодення, в елітарній частині суспільства на Середньовіччі ставлення до досвіду було зневажливо-зарозумілим, не гідним видом занять. У «Діалозі» Галілей про це пише так: «Якщо їм потрібно набути знання про дію сил природи, вони не сядуть у човен (мова йде про опір води) і не підійдуть до лука чи артилерійської зброї, а віддаляться до свого кабінету і почнуть переривати покажчики та зміст, щоб знайти, чи не сказав чого з цього приводу Аристотель; потім... вони вже більше нічого не бажають і не надають ціни тому, що можна дізнатися про це явище».

Отже, опорний факт теоретичної механіки, у якому стверджується наявність безлічі інерційних систем відліку, також має серйозне дослідне обґрунтування, підтверджене тривіковою перевіркою часом.

4.9. Про неінерційностіГеоцентричної системи відліку

Галілей довів: однією з інерційних систем відліку є Геоцентрична (система координат, пов'язана із Землею; див. підрозділ 4.8). Але практикою доведено й інше: інерційною є і Геліо центрична система (її початок збігається з центром мас Сонячної системи, а осі спрямовані на зірки, взаємне становище яких на небесній сфері незмінно протягом тисячоліть). Цю систему відліку використовували Левер'єі Ловелл, теоретично передбачаючи положення невідомих, потім відкритих планет Нептун і Плутон (тут див. підрозділ 4.5). Сьогодні, беручи за інерційну Геліоцентричну систему відліку, визначають траєкторії штучних супутниківЗемлі настільки точно, що координати супутника на небесній сфері на кілька місяців і навіть років уперед повідомляються спостережними пунктами всього земної куліі ці передбачення виконуються бездоганно.

Вдумливий читач помітив нелогічність: з одного боку, існує безліч інерційних систем відліку і всі вони переміщуються одна щодо одної так, що їх осі в часі зберігають взаємну паралельність (тобто якщо спочатку X 1 X 2 ; Y 1 Y 2 ; Z 1 Z 2 то ця паралельність має місце і в будь-який інший момент часу).

З іншого боку, інерційними є Гео- та Геліоцентрична системи. Але ж не можна не помітити 24-годинний цикл зміни дня вночі, тобто факт, що Земля щодо Геліоцентричної системи переміщається не поступально!

Чи не пояснюється помічене невідповідність внутрішньої суперечливістю теоретичної механіки? Ні! Навпаки, помічена здавалося б суперечливість з найвищим рівнемточність кількісно пояснюється теоретичною механікою. Справа в тому, що інерційна система відліку – це ідеал, а Геоцентрична та Геліоцентрична системи – лише наближення до нього. Але яка із систем відліку, Гео- або Геліоцентрична, ближче розташована до ідеальної інерційної системивідліку? Виявляється: для переважної більшості інженерних розрахунківза інерційну достатньо приймати Геоцентричну систему. За необхідності проведення точніших розрахунків, за інерційну слід приймати Геліоцентричну систему. Причому станом на сьогоднішній день її можна вважати інерційною системою відліку з будь-яким ступенем точності.

Зроблене твердження має багату дослідну основу.

Якщо керуватися вищезазначеним твердженням, то виявиться, що прискорення вільного падіннятіла не просто 9,81 м/с 2 , а є величиною, що залежить від його відстані до центру Землі і від географічної широти – на екваторі дорівнює приблизно 9,78 м/с 2 , на полюсі 9,83 м/с 2 .

У 1671 р. Паризька академія наук відрядила в Кайєну (розташована в Південній Америці, поблизу Екватора) академіка Жана Рішара, який взяв із собою точний (на той час) маятниковий годинник. У Парижі вони йшли точно, а в Кайєні раптом почали систематично відставати – на дві хвилини на добу. Жан Рішар відновив точність ходу цього годинника, вкоротивши довжину маятника на 2,8 мм.

Після повернення до Парижа (1673 р.) годинник знову пішов неточно, з тією лише відмінністю, що коли раніше відставали, то тепер почали поспішати - на ті ж дві хвилини на добу! Після відновлення початкової довжини маятника, годинник знову почав показувати точний час.

Жан Рішар - академік і, природно, настільки несподіваний фактстав надбанням наукового світу. Спочатку порушення точності ходу годинника пояснювали температурними деформаціями довжини маятника (на екваторі. середньодобова температуравище, ніж у Парижі). Але такі якісні пояснення ніяк не узгоджувалися з кількісними. Через деякий час факт, що спостерігався раніше, був пояснений правильно - різною величиноюприскорення вільного падіння в Парижі та на екваторі.

В даний час є ціла область прикладного знання - гравіметрія. У ній, зокрема, вирішуються завдання щодо передбачення місць залягання корисних копалин ( Залізна руда, туф, нафту, інше) та виявлення порожнин на земній поверхні. Цей метод, що увійшов у практику, наукового передбаченнязаснований на обліку дуже малих (порядку 9,8∙ 10 -8 м/с 2) відхилень досвідчених значень прискорень вільного падіння тіл від середніх значень, що підраховуються у припущенні, що Геліоцентрична система є інерційною.

Якщо виходити з передумови, що інерціальною є Геліоцентрична система і враховувати обертання Землі, то опорні факти та методи теоретичної механіки призводять до передбачення явища зміни щодо Землі площини коливань математичного маятника і до висновку про те, що відпущена на висоті H кулька за відсутності вітру кінці свого шляху відхилитися на схід від лінії схилу на величину, що визначається наближеноюформулою:

де - широта місцевості; H - висота, м .

Зміни щодо Землі площини коливань математичного маятника вперше досвідом довів у 1661 р. Вівіані, потім у 1833 р. Бартоліні та у 1850-1851 рр. Фуко. Якщо читачеві доведеться бувати в Санкт-Петербурзі, то рекомендуємо особисто переконатися в обертанні Землі, відвідавши Ісаакіївський собор (висота 101,58 м), в якому встановлений маятник, що з періодом приблизно 20 з гострою своєю частиною на посипаній піском підлозі відповідні, постійно (щодо статі), відрізки ліній.

Деякі дослідні дані щодо відхилень на схід падаючих тіл наведені в таблиці 1.

На Земній кулі військовими успішно вирішуються завдання «стрільби за цілями». На жаль, не лише на навчальних полігонах, а й у бойовій обстановці. В основі теорій стрільб лежить також передумова про те, що Геліоцентрична система є інерційною, а Земля обертається (навколо осі Північний полюс - Південний полюс) з рівномірною кутовою швидкістю, що відповідає 1 обороту за 24 год. Так звана «поправка на обертання Землі» навіть в артилерії ракетної техніки) при стрільбі з далекобійних систем дорівнює 150-200 м. Зайве, мабуть, говорити наскільки цейтеоретичний результат підтверджений досвідом.

Таблиця 1

4.10. Про зовнішню балістику

Вогнепальна артилерія з'явилася в Європі в XIV ст. Вважається, що першу спробу розв'язання задачі про траєкторію ядер зробив італійський математик Нікколо Тарталья (1499 – 1557).

Траєкторію центру мас ядер описувати параболою вперше запропонував Галілей. На основі цього, його учнем Е. Торрічеллі, були складені перші таблиці стрілянини.

Проводив відповідні досліди та, на їх основі, намагався враховувати опір середовища Х. Гюйгенса. Питаннями зовнішньої балістики займалися також І. Ньютон та І . Бернуллі.

Експериментально досліджував низку проблем зовнішньої балістики Бенджамін Робінс. Його книгу «Нові основи артилерії» (1742) на німецька моваперекладає Л. Ейлер (1745 р.) і, використовуючи міститься в ній еспериментальнийматеріал, що вводить двочленну формулу опору (перший член пропорційний квадрату, другий – четвертого ступеня швидкості). Згодом він обмежується лише першим членом, на основі чого були складені таблиці стрілянини, які набули великого поширення і використовувалися протягом кількох десятків років.

Починаючи з 60-х років. ХІХ ст. у європейських арміях вводиться нарізна артилерія. Вперше вона була застосована у 1866 р. під час війни між Пруссією та Австрією. Внаслідок зміни форми снаряда (перехід від ядер до довгастих тіл) та різкого збільшенняшвидкостей їхнього польоту старі закони опору стали непридатними.

З метою визначення законів опору повітря довгастим снарядам фахівці проводять численні полігонні стрілянини: в Англії Башфортом (1866-1870 рр.), у Росії Маєвським (1868-1869 рр.); пізніше такі стрілянини проводилися й інших країнах.

Але предметом нашого розгляду не є зовнішня балістика. Ми лише показуємо: коректний облік кількісних характеристик(у даному випадкусил опору) завжди підтверджував високу прогнозну надійність результатів, одержуваних на основі використання опорних фактів та методів теоретичної механіки.

4.11. Про прикладні механічні науки

Автор цих рядків солідарний з думкою великого сучасного фахівця з теоретичної механіки та її додатків А.А. Космодем'янським: подивіться зміст сучасних підручників і монографій з динаміці аеропланів, теорії космічних польотів, гідравлічним розрахункам водопроводів, теорії стрільби і бомбометанія, теорії корабля, теорії автоматичного регулювання та багатьох інших, і вам буде ясно, що на опорних фактах і методах теоретичної механіки спочиває від60 до 99% реального професійного змісту цих наукових дисциплін – .

Багатих історією прикладів, подібних до наведених у підрозділах 4.1-4.11 накопичено багато. Однак незрівнянно більша їх кількість увійшла до теоретичної механіки непомітно - з'явилися тоді, коли вирішення завдань механіки перетворилося на повсякденні заняття армії фахівців. методичних вказівокз почуттям гордості за свій навчальний предметконстатує: досі не зазначено жодного спростування результатів, коректно передбачуванихметодами теоретичної механіки Зрозуміло, що якщо, наприклад, у когось раптом виявлялося, що ∫ xdxдорівнює не 0,5x 2 +c , а покладемо 0,5x 3 +c ,то це рахунок не йде.

5. Про термінологію

Сьогодні теоретична механіка, як і елементарна геометрія, є кінцевим інтелектуальним продуктом людства, що має високі споживчі якості - ясність і стислість викладу, однозначність тлумачень, легке запам'ятовування та ін.

Але це було досягнуто не відразу. Ще Ньютон (1643-1727 рр.) та її сучасники обходилися без поняття «прискорення».

Нашим завданням не є всебічний та широкий виклад історії розвитку термінології теоретичної механіки. Але загальне уявленняпро це необхідно. Обмежуємось однією ілюстрацією.

Аристотель оперував терміном «вага», але прийнятого сьогодні поняття «сила» був і за Галілеї. У 1650 р.: у статиці «сила» - це вага вантажу і зусилля людини чи тварини, у поступовій динаміці – щось впливає рух, іменоване також потужністю, ефектом, гідністю, моментом; до того ж слово «сила» могло означати і роботу; був термін «імпетус» та інші.

Цілком закінчене, однозначне тлумаченняпоняття «сила» отримало лише у творах Ньютона: «Сила - це міра механічної взаємодії між тілами, що відхиляє це тіло стану спокою чи рівномірного і прямолінійного руху»; «Докладна сила є дія, що виробляється над тілом, щоб змінити його стан покояли рівномірного прямолінійного руху». І далі: «Сила проявляється тільки в дії і після припинення дії в тілі не залишається. Тіло продовжує потім утримувати свій новий стан внаслідок однієї лише інерції. Походження сили може бути різним: від удару, від тиску, від доцентрової сили» .

Ведучи мову про історію вдосконалення термінології, зауважимо також: до свого, більш як двохтисячолітнього вдосконалення методи теоретичної механіки просувалися, як правило, дрібними кроками. Приклад: сьогодні вважається зручнішою не «жива сила» (mV 2), а кінетична енергія(0,5 mV 2). Але за більш ніж двохтисячолітнє вдосконалення термінологія теоретичної механіки (це ж стосується і застосовуваних у ній математичних методів) пройшла величезний шлях у своєму розвитку. , високу точність оцінок (природно, при високих точностях величин, що задаються).

6. Про методологію теоретичної механіки

Методологія – це сукупність методів.

Метод (грец. metodos- шлях до чогось) - це спосіб досягнення мети, певним чином упорядкована дійсність; спосіб застосування старого знання про прийоми раціонального рішення подібних завданьдля отримання відомостей про новий об'єкт або предмет досліджень.

У розділі 3 вже зазначено: методи теоретичної механіки в основному включають математичні операції і мнемотехніку.

Математичну операцію слід розглядати як зміст, сутність кількісного перетворення, а мнемотехніку як різного родуносії інформації, які через елементи людських почуттів(зір, слух тощо) правильно відображають це кількісне перетворення в людському мозку.

Різні мнемотехнічні елементи (або їх сукупності), призначені для одного кількісного перетворення, називають еквівалентними за їх застосуванням.

Наприклад, еквівалентними за додатком є ​​різні математичні записи векторного твору:

У наведеному прикладі еквівалентні за додатком мнемотехнічні елементи практично однакові за витратами часу на уяву осмислення описуваного ними кількісного перетворення.

Але є еквівалентні за додатком мнемотехнічні елементи, які сильно відрізняються між собою за часом уявного засвоєння кількісних співвідношень, що описуються ними. Зокрема, звичне сьогодні dx (введено Г.В. Лейбніцем - у статті 1684 р.) має безперечну перевагу перед позначенням (що застосовувався Ньютоном).

Оскільки згадано ім'я Г.В.Лейбніца, не можна не відзначити, що введені ним у вжиток терміни виявилися настільки вдалими, що зберегли своє значення до сьогодні. До них, зокрема, належать «функція», «координати», «алгебраїчні» та «трансцендентні» криві; їм уперше застосовані подвійні індекси (a 11 , a 12 і т.д., що зручно для позначення елементів матриці).

Якщо Ви, вивчаючи кінематику, побачили символV, то без додаткових поясненьвважайте, що мова йде про лінійної швидкостіоб'єкта, що рухається (V– це перша літера від латинського словаvelocitas- Швидкість); якщо a , то вважайте, що йдеться про лінійне прискорення об'єкта (acseleracio- Прискорення); якщо зустрілисяα , β , γ , то мова швидше за все йде про якісь кути; якщоV BA , то це швидкість точки відносно поступово рухається системи координат з початком у часі, що збігається з точкою А.

Але спробуйте, наприклад, кутову швидкість тіла позначити буквоюπ . Ви, напевно, помітите, що ніхто з оточуючих Вас не розуміє. Для нихπ - Це число, що дорівнює приблизно 3,14. Доведеться довго, довго пояснювати і, не дивлячись на це, залишити в мізках слухачів здивоване запитання «Навіщо це зроблено? Чому не звичнаω ? Мабуть, я чогось не розумію».

Отже, залишилися в історії важкі в розумінні та дають громіздкі теоретичні побудовиньютонівські «флюксії» та «флюенти», але прийняті зручні алгебраїчні системипозначень Лейбниця, диференційне та інтегральне обчислення, вектори, матриці, тензори.

Математичні містки – це знайдені вченими сукупності тих математичних процедур, алгоритмів, операцій та іншої математичної зручності, які дозволяють за письмовим столом переходити від одних фактів теоретичної механіки до інших.

Методи теоретичної механіки дозволяють, спираючись на кілька десятків опорних фактів, умоглядно отримувати інші відомі механічні факти (яких накопичено за тисячоліття величезна кількість).

Більше того (що важливо для даного випадку) використання методів теоретичної механіки дозволяє кількісно пророкувати і ті механічні явища, які раніше ніким не спостерігалися.

Про роль способів у науці успішно висловилися всесвітньо визнані фізіолог І.П. Павлов, математик Г.В. Лейбніц, фізик Л.Д. Ландау:

- «Метод – найперша, основна річ»;

- «На світі є речі важливіші за найпрекрасніші відкриття, - це знання методу, яким вони були зроблені»;

- «Метод важливіший за відкриття, бо правильний методдослідження призведе до нових, ще більш цінних відкриттів».

Центральним методом теоретичної механіки є аксіоматичний. У зв'язку з цим помічаємо: аксіом безліч і слід позбавлятися існуючої помилки, що теоретичну механіку можна побудувати, спираючись на кінцеве числоаксіом (докладніше про це див.).

Непродуктивні витрати інтелектуальних сил можна проілюструвати фрагментарно - з прикладу закону паралелограма зусиль і швидкостей.

Закон складання швидкостей був відомий ще Аристотелю (який розглядав його як закон природи, що легко перевіряється). Але ось незначний перелік вчених (наводимо прізвища лише найбільших), які витрачали час на його «докази»): Д. Бернуллі (1700-1782 рр.), І.Г. Ламберт (728-1777 рр.), Ж.Л. Даламбер (1717-1783 рр.), П.С. Лаплас (1749-1827 рр.), Дюшайла (1804 р.), Л. Пуансо (1777-1859 рр.), С.Д. Пуассон (1781-1840 рр.), О.Л. Коші (1789-1857 рр.), А.Ф. Мёбіус (1790-1868 рр.), М.В. Остроградський (1801-1862 рр.), А. Фосс (1901), К.Л. Навье (1841 р.), В.Г. Імшенецький (1832-1892 рр.).), Ж.Г. Дарбу (1842-1917 рр.), Х.С. Головін (1889), Н.Є. Жуковський (1847-1921 рр.), Ф. Шур (1856-1932 рр.), Г. Гамель (1877-1954 рр.), А.А. Фрідман (1888-1925 рр.) та ін.

Список літератури

1. Ожегов С.І. Тлумачний словникросійської / С.І. Ожегов, Н.Ю. Шведова. - М: Аз', 1995. - 908 с.

2. Тюліна І.А. Історія механіки/І.А. Тюліна, О.М. Ракчеєв. - М: МДУ, 1962. - 229 с.

3. Мойсеєв Н.Д. Нариси розвитку механіки. – М.: МДУ, 1961. – 478 с.

4. Бродянський В.М. Вічний двигун - раніше і тепер. - М.: Енергоатоміздат, 1989. - 256 с.

5. Космодем'янський А.А. Теоретична механікаі сучасна техніка. - М: Просвітництво, 1969. - 256 с.

6. Огородова Л.В. Гравіметрія: Навч..для вузів/Л.В. Огородова, Б.П. Шимбірєв, А.П. Юзефович. - М.: Надра, 1978. - 326с.

7. Грушінський Н.П. Гравітаційна розвідка/Н.П. Грушинський, Н.Б. Сажина.– М.: Надра, 1988. – 364 с.

8. Історія механіки (з давньогрецьких часів до кінця 18-го століття) / За заг. ред. А.Т. Григор'яна та І.Б. Погребиського. - М: Наука, 1971. - 298 с.

9. Григор'ян А.Т. Історія механіки твердого тіла/А.Т. Григор'ян,

Механіка - це наука про тіла, що рухаються і про взаємодії між ними під час руху. При цьому увага приділяється тим взаємодіям, у яких змінилося рух чи відбулася деформація тіл. У статті розповімо Вам про те, що таке механіка.

Механіка буває квантова, прикладна (технічна) та теоретична.

1. Що таке квантова механіка? Це розділ фізики, який описує фізичні явищаі процеси, дії яких можна порівняти з величиною постійної Планка.
2. Що таке технічна механіка? Це наука, що розкриває принцип роботи та будову механізмів.
3. Що таке теоретична механіка? Це наука та рух тіл та загальних законів руху.

Механіка вивчає рух всіляких машин і механізмів, літальних апаратів і небесних тіл, океанічні та атмосферні течії, поведінку плазми, деформацію тіл, рух газів та рідин природних умові технічних системах, що поляризується або намагнічується в електричних і магнітних полях, стійкість та міцність технічних та будівельних споруд, рух по дихальному тракту повітря та крові по судинах.

Закон Ньютона лежить біля основ, з допомогою нього описують рух тіл із малими проти зі швидкістю світла швидкостями.

У механіці існують такі розділи:

• кінематика (про геометричні властивості рухомих тіл без огляду на їх масу та діючі сили);
• статика (про знаходження тіл у рівновазі з використанням зовнішнього впливу);
• динаміка (про тіла, що рухаються при впливі сили).

У механіці існують поняття, що відображають властивості тіл:

• матеріальна точка (тіло, розміри якого можна не враховувати);
• абсолютно тверде тіло (тіло, в якому відстань між будь-якими точками незмінна);
• суцільне середовище (тіло, молекулярною структуроюякого нехтують).

Якщо обертанням тіла по відношенню до центру мас в умовах розглянутої задачі можна знехтувати або воно рухається поступально, тіло прирівнюється до матеріальної точки. Якщо не враховувати деформацію тіла, його слід вважати абсолютно недеформованим. Гази, рідини і тіла, що деформуються, можна розглядати як цілісні середовища, в яких частинки безперервно заповнюють весь обсяг середовища. У цьому випадку, при переміщенні середовища використовується апарат вищої математики, який застосовується для безперервних функцій. З фундаментальних законівприроди - законів збереження імпульсу, енергії та маси слідують рівняння, що описують поведінку суцільного середовища. У механіці суцільних середовищміститься ряд самостійних розділів - аеро- та гідродинаміка, теорія пружності та пластичності, газова динаміка та магнітна гідродинаміка, динаміка атмосфери та водної поверхні, фізико-хімічна механіка матеріалів, механіка композитів, біомеханіка, космічна гідроаеромеханіка.

Тепер ви знаєте, що таке механіка!

- (Греч. mechanike, від mechane машина). Частина прикладної математики, наука про силу та опір у машинах; мистецтво застосовувати силу до справи та будувати машини. Словник іноземних слів, що увійшли до складу російської мови Чудінов А.Н., 1910. МЕХАНІКА… … Словник іноземних слів російської мови

МЕХАНІКА- (Від грец. Mechanike (techne) наука про машини, мистецтво побудови машин), наука про механіч. рух матер. тіл, що відбуваються при цьому взаємодіях між ними. Під механіч. рухом розуміють зміну з часом взаємного становища тіл чи … Фізична енциклопедія

МЕХАНІКА- (Від грец. Mechane машина), наука про рух. До 17 століття пізнання у цій галузі майже обмежувалися емпіричними спостереженнями, часто хибними. У 17 столітті властивості руху вперше стали виводитися з небагатьох основних принципів математично. Велика медична енциклопедія

МЕХАНІКА- МЕХАНІКА, механіки, мн. ні, дружин. (грец. mechanike). 1. Відділ фізики вчення про рух та сили. Теоретична та прикладна механіка. 2. Приховане, складне пристрій, підґрунтя, сутність чогось (розг.). Хитра механіка. «Він, як кажуть його… Тлумачний словник Ушакова

МЕХАНІКА- МЕХАНІКА, розділ фізики, що вивчає властивості тіл (РЕЧОВИН) під дією прикладених до них сил. Діляється на механіку твердих та механіку рідких тіл. Інший розділ, статика, вивчає властивості тіл у стані спокою, а ДИНАМІКА рух тіл. У статиці… … Науково-технічний енциклопедичний словник

механіка- Наука про механічний рух та механічну взаємодію матеріальних тіл. [Збірник термінів, що рекомендуються. Випуск 102. Теоретична механіка. Академія наук СРСР. Комітет науково-технічної термінології. 1984 р.] Тематики теоретична ... Довідник технічного перекладача

МЕХАНІКА Сучасна енциклопедія

МЕХАНІКА- (Від грец. Mechanike мистецтво побудови машин) наука про механічний рух матеріальних тіл (тобто зміну з часом взаємного положення тіл або їх частин у просторі) та взаємодії між ними. В основі класичної механіки. Великий Енциклопедичний словник

МЕХАНІКА- МЕХАНІКА, і, дружин. 1. Наука про рух у просторі та про сили, що викликають цей рух. Теоретична м. 2. Галузь техніки, що займається питаннями застосування вчення про рух та сили до вирішення практичних завдань. Будівельна м. Прикладна м. Тлумачний словник Ожегова

Механіка- Наука про рух. Вивчаючи рух, механіка необхідно повинна вивчати і причини, що виробляють та змінюють рухи, звані силами; сили ж можуть і врівноважувати один одного, і рівновага може бути розглядається як окремий випадок руху. Енциклопедія Брокгауза та Єфрона

Механіка- [Від грецького mechanike (techne) мистецтво побудови машин], розділ фізики, що вивчає механічний рухтвердих, рідких та газоподібних матеріальних тіл та взаємодії між ними. У так званій класичної механіки(або просто… … Ілюстрований енциклопедичний словник

Книги

• Механіка, В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В. А. Караваєв. Підручник є першою частиною серії "Університетський курс загальної фізики", призначену для студентів фізичних спеціальностейвишів. 0 помітна його особливість -…