История развития механики

 
 
 
 

                            Реферат на тему: 

     ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕХАНИКИ

           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ученик 10 “А” класса

Ефремов А. В.

Проверила: Гаврилова О. П. 
 
 

2009г.

 

СОДЕРЖАНИЕ: 

     1. ВВЕДЕНИЕ.

     2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИКИ; ЕЕ МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ НАУК;          

     ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ МЕХАНИКИ.                         

     3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ МЕХАНИКИ.

     4. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕХАНИКИ:

     Эпоха, предшествовавшая установлению основ механики.

     Период создания основ механики.

     Развитие методов механики в XVIII в .

     Механика XIX и начала XX вв.

     Механика в России и СССР.

     5. ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ МЕХАНИКИ.

     6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

     7. ПРИЛОЖЕНИЕ.

 

      1. ВВЕДЕНИЕ.

     Для каждого человека существуют два мира: внутренний и внешний; посредниками между этими двумя мирами являются органы чувств. Внешний мир имеет способность влиять на органы чувств, вызывать у них особого рода изменения, или, как принято говорить, возбуждать в них раздражения.

     Внутренний мир человека определяется совокупностью тех явлений, которые абсолютно не могут быть доступны непосредственному наблюдению другого человека Вызванное внешним миром раздражение в органе чувств передается миру внутреннему и со своей стороны вызывает в нем субъективное ощущение, для появления которого необходимо наличие сознания. Воспринятое внутренним миром субъективное ощущение объективируется, т.е. переносится во внешнее пространство, как нечто, принадлежащее определенному месту и определенному времени.

     Иначе говоря, путем такого объективирования мы переносим во внешний мир наши ощущения, причем пространство и время служат тем фоном, на котором располагаются эти объективные ощущения. В тех местах пространства, где они помещаются, мы невольным образом предполагаем порождающую их причину.

     Человеку присуща способность сравнивать между собой воспринимаемые ощущения, судить об их одинаковости или неодинаковости и, во втором случае, отличать неодинаковости качественные и количественные, причем количественная неодинаковость может относиться или к напряженности (интенсивности), или к протяженности (экстенсивность) или, наконец, к продолжительности раздражающей объективной причины.

     Так как умозаключения, сопровождающие всякое объективирование, исключительно основаны на воспринятом ощущении, то полнейшая одинаковость этих ощущений непременно повлечет за собой и тождественность объективных причин, и эта тождественность помимо, и даже против нашей воли сохраняется и в тех случаях, когда другие органы чувств неоспоримо свидетельствуют нам о неодинаковости причин. Здесь кроется один из главных источников несомненно ошибочных умозаключений, приводящих к так называемым обманам зрения, слуха и т. п. Другой источник - отсутствие навыка при новых ощущениях Восприятие в пространстве и времени чувственных впечатлений, которые мы сравниваем между собой и которым мы придаем значение объективной реальности, существующей помимо нашего сознания, называется внешним явлением. Изменение цвета тел в зависимости от освещения, одинаковость уровня воды в сосудах, качание маятника - внешние явления.

     Один из могучих рычагов, двигающих человечество по пути его развития - это любознательность, имеющая последней, недостижимой целью - познание сущности нашего бытия, истинного отношения нашего мира внутреннего к миру внешнему. Результатом любознательности явилось знакомство с весьма большим числом разнообразнейших явлений, которые составляют предмет целого ряда наук, между которыми физика занимает одно из первые мест, благодаря обширности обрабатываемого ею поля и тому значению, которое она имеет почти для всех других наук. 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ 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. 
 

     3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ МЕХАНИКИ.

     Законы классической механики справедливы по отношению к так называемым инерциальным, или галилеевым, системам отсчёта (см. Приложение). В пределах, в которых справедлива ньютонова механика, время можно рассматривать независимо от пространства. Промежутки времени практически одинаковы во всех системах отчета, каково бы ни было их взаимное движение, если относительная скорость их мала по сравнению со скоростью света.

     Основными кинематическими мерами движения являются скорость, которая имеет векторный характер, так как определяет не только быстроту изменения пути со временем, но и направление движения, и ускорение - вектор, являющийся мерой измерения вектора скорости во времени. Мерами вращательного движения твердого тела служат векторы угловой скорости и углового ускорения. В статике упругого тела основное значение имеет вектор перемещения и соответствующий ему тензор деформации, включающий понятия относительных удлинений и сдвигов. Основной мерой взаимодействия тел, характеризующей изменение во времени механического движения тела, является сила. Совокупности величины (интенсивности) силы, выраженной в определенных единицах, направления силы (линии действия) и точки приложения определяют вполне однозначно силу как вектор.

     В основе механики лежат следующие законы Ньютона. Первый закон, или закон инерции, характеризует движение тел в условиях изолированности от других тел, либо при уравновешенности внешних воздействий. Закон этот гласит: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока приложенные силы не заставят его изменить это состояние. Первый закон может служить для определения инерциальных систем отсчета.

     Второй закон, устанавливающий количественную связь между приложенной к точке силой и вызываемым этой силой изменением количества движения, гласит: изменение движения происходит пропорционально приложенной силе и происходит в направлении линии действия этой силы. Согласно этому закону, ускорение материальной точки пропорционально приложенной к ней силе: данная сила F вызывает тем меньшее ускорение а тела, чем больше его инертность. Мерой инертности служит масса. По второму закону Ньютона сила пропорциональна произведению массы материальной точки на её ускорение; при надлежащем выборе единицы силы последняя может быть выражена произведением массы точки m на ускорение а :

     F = ma

     Это векторное равенство представляет основное уравнение динамики материальной точки.

     Третий закон Ньютона гласит: действию всегда соответствует равное ему и противоположно направленное противодействие, т. е. действие двух тел друг на друга всегда равны и направлены по одной прямой в противоположных направлениях. В то время как первые два закона Ньютона относятся к одной материальной точке, третий закон является основным для системы точек. Наряду с этими тремя основными законами динамики имеет место закон независимости действия сил, который формулируется так: если на материальную точку действует несколько сил, то ускорение точки складывается из тех ускорений, которые точка имела бы под действием каждой силы в отдельности. Закон независимости действия сил приводит к правилу параллелограмма сил.

     Кроме названных ранее понятий, в механике применяются и другие меры движения и действия.

     Важнейшими являются меры движения: векторная - количество движения p = mv, равное произведению массы на вектор скорости, и скалярная - кинетическая энергия E k = 1 / 2 mv 2 , равная половине произведения массы на квадрат скорости. В случае вращательного движения твердого тела инерционные свойства его задаются тензором инерции, определяющим в каждой точке тела моменты инерции и центробежные моменты относительно трех осей, проходящих через эту точку. Мерой вращательного движения твердого тела служит вектор момента количества движения, равный произведению момента инерции на угловую скорость. Мерами действия сил являются: векторная - элементарный импульс силы F dt (произведение силы на элемент времени её действия), и скалярная - элементарная работа F*dr (скалярное произведение векторов силы и элементарного перемещения точки положения); при вращательном движении мерой воздействия служит момент силы.

     Основные меры движения в динамике сплошной среды представляют собой непрерывно распределенные величины и, соответственно, задаются своими функциями распределения. Так, плотность определяет распределение массы; силы задаются их поверхностным или объёмным распределением. Движение сплошной среды, вызываемое приложенными к ней внешними силами, приводит к возникновению в среде напряженного состояния, характеризуемого в каждой точке совокупностью нормальных и касательных напряжений, представляемой единой физической величиной - тензором напряжений. Среднее арифметическое трех нормальных напряжений в данной точке, взятое с обратным знаком, определяет давление (см. Приложение).

     В основе изучения равновесия и движения сплошной среды лежат законы связи между тензором напряжения и тензором деформации или скоростей деформации. Таков закон Гука в статике линейно-упругого тела и закон Ньютона в динамике вязкой жидкости (см. Приложение). Эти законы - простейшие; установлены и другие соотношения, более точно характеризующие явления, происходящие в реальных телах. Существуют теории, учитывающие предшествующую историю движения и напряжения тела, теории ползучести, релаксации и другие (см. Приложение).