Механика наука, описывающая движение различных объектов и систем. В классическом понимании механика рассматривает движение материальных тел и сред, однако в расширенном понимании могут рассматриваться системы различной природы (биологические, экономические).
 Скачать 31.33 Kb.
|
|
Механика — наука, описывающая движение различных объектов и систем. В классическом понимании механика рассматривает движение материальных тел и сред, однако в расширенном понимании могут рассматриваться системы различной природы (биологические, экономические). Механика исследует общие закономерности, связывающие механические движения и взаимодействия, принимая для самих взаимодействий законы, полученные опытным путем и обосновываемые в физике. Задачи механики: совершенствование машин транспортных средств методов строительства технологии промышленности и сельского хозяйства Эпоху создания первых орудий производства и искусственных построек следует признать началом накопления того опыта, который в дальнейшем служил основой для открытия основных законов механики. Ранее всех разделов механики зародилась статика. Этот раздел развивался в тесной связи со строительным искусством античного мира. Основоположником механики является великий итальянский ученый Г. Галилей (1564 – 1642). Он сформулировал принцип относительности классической механики, установил первый основной закон механики – закон инерции. Галилей также заложил основы современной кинематики. Он впервые открыл законы свободного падения тел, построил количественную теорию движения тяжелого тела по наклонной плоскости и теорию движения тела, брошенного под некоторым углом к горизонту (без учета сопротивления). Христиан Гюйгенс (1629-1695), голландский механик, физик, математик, который сформулировал понятия центростремительной и центробежной сил, исследовал колебания математического и физического маятника, заложил основы теории удара Исаак Ньютон (1642-1727) Огромным достижением Ньютона было установление закона всемирного тяготения. Исходя из законов Кеплера, он математически установил закон всемирного тяготения, а затем доказал, что если этот закон справедлив, то планеты должны двигаться по законам Кеплера. Закон всемирного тяготения, открытый и доказанный И. Ньютоном, получил за последние десятилетия особо важное значение, так как он лежит в основе расчета межпланетных траекторий космических кораблей и траекторий искусственных спутников Земли. Современные проблемы механики: Ракетная техника потребовала от механики решения новых проблем. Одна из них – угловая стабилизация ракеты в ее движении вокруг центра масс. Эта задача сложна хотя бы уже потому, что вектор силы тяги реактивного двигателя из-за наличия неизбежных перекосов не проходит через центр тяжести ракеты, вследствие чего ракета стремится «отвернуть» с намеченного пути. Успехи таких разделов механики, как теория колебаний и теория устойчивости, позволили справиться с задачей стабилизации столь сложной механической системы, автоматически изменяя направление силы тяги. Громоздкие расчеты, которые необходимо проводить при решении этой задачи, выполняются теперь на быстродействующих ЭВМ. Существуют и системы с автоматической настройкой параметров в зависимости от складывающихся обстоятельств во время движения ракеты. Такие системы рассчитывают методами теории автоматического регулирования. Развитие сверхзвуковой авиации и изучение проблем, связанных с входом в атмосферу Земли возвращающихся космических кораблей и аппаратов, заставили обратиться к решению ряда новых задач механики газа и его взаимодействия с обтекаемыми телами. Соответствующий раздел механики – газовая динамика – во многом отличается от аэродинамики малых скоростей обтекания тел, служившей теоретической основой авиации недалекого прошлого. Так было установлено, что заостренная форма тела, входящего с большой скоростью в атмосферу, не является оптимальной с точки зрения защиты его от разрушения. Значительно безопаснее для тела встретить атмосферу плоским «пятачком», перед которым образуется своеобразная предохраняющая воздушная «подушка». Взрывчатые вещества уже давно перестали быть привилегией только артиллерии и в настоящее время широко используются в народном хозяйстве. Долгое время казалось, что невозможно производить перемещение грунтовых масс посредством взрыва, не совершая при этом переброски грунта в ненужных направлениях. Механики показали, что можно перебросить в заданном направлении целый массив грунта без изменения его формы. Для этой цели грунт надо обложить взрывчаткой со всех сторон так, чтобы ее толщина была пропорциональна расстоянию до некоторой плоскости, перпендикулярной к желаемому направлению начальной скорости перебрасываемого массива. После подрыва взрывчатки массив будет перемещаться поступательно с начальной скоростью как единое твердое тело. Аналогичный характер имеет явление пробивания толстой брони так называемым кумулятивным зарядом. Тонкая струя металла, образующаяся в результате обжатия взрывом полого металлического конуса, «вымывает» металл брони в полном соответствии с гидродинамическим эффектом. Глубина пробоины в броне в согласии с теорией явления пропорциональна длине летящего с почти космической скоростью отрезка металлической струи. При прочих равных условиях струя из металла большего удельного веса соответственно глубже проникает в металл брони (увеличение удельного веса самой брони оказывает противоположное влияние). Явление кумуляции используется уже и в народном хозяйстве. Так, например, струя воды, выплескиваемая с большой скоростью из особого устройства – гидроловушки, легко дробит твердые породы, в частности пласты каменного угля, значительно облегчая его добычу. Возможно, что именно кумулятивным эффектом захлопывающихся пузырьков объясняется повреждение лопастей корабельных винтов, работающих в так называемом кавитационном режиме, то есть с отрывами потока воды от обтекаемой поверхности. Неожиданное явление было обнаружено при всплывании тела во вращающейся жидкости. В жидкости, обладающей заметной вязкостью, например в глицерине, всплытие тела меньшего удельного веса происходит почти за одинаковое время независимо от того, неподвижна ли жидкость или вращается вокруг вертикальной оси. Совершенно иная картина наблюдается в маловязких жидкостях, например воде, эфире или спирте. При вращении такой жидкости тело всплывает несравненно медленнее, чем в вязкой жидкости той же плотности. Пока еще нет строгой теории этого явления, если не считать объяснения, которое можно построить на основе, правда, приближенных методов гидравлики. Удивительные явления обнаруживаются при растворении в воде небольших доз некоторых полимеров. Добавки в сотые и даже тысячные доли процента могут принципиально изменить характер турбулентного течения в трубе, в значительной мере успокаивая это движение. Сопротивление перемещению тел в воде при столь незначительных добавках полимеров может уменьшиться чуть ли не в три раза. В настоящее время существо этих явлений постепенно выясняется. Турбулентность Турбулентность уже много лет остается белым пятном механики. До сих пор, например, остается неясным почему в трубах при критическом значении числа Рейнольдса, обычно близким к 2300, происходит внезапное возникновение турбулентности в течении, бывшим до того ламинарным. И почему обратный процесс перехода к ламинарному режиму в случае позднего возникновения турбулентности как бы затягивается и происходит при значениях числа Рейнольдса, заметно меньших критического? Механика полимерных сред в настоящее время начинает активно развиваться. Многие отмеченные на практике явления еще ждут своего объяснения. Например, расплав полимера, нагретого до жидкого состояния, выжимается из сосуда через отверстие небольшого диаметра. При малом давлении материал выходит в виде тонкой нити несколько большего диаметра, чем само отверстие. С повышение давления скорость истечения полимера увеличивается. Когда она достигнет некоторого характерного значения, на гладкой до того поверхности полимерной струи внезапно появляются зазубрины. В какой-то мере это явление сходно с возникновением турбулентности в жидкости, однако роль вязких сил как бы берут на себя силы внутренней упругости, природа которых связана со сложной конфигурацией молекул полимеров – с их надмолекулярной структурой. При дальнейшем увеличении давления движение полимера становится прерывистым и он выплескивается из сосуда порциями. В отличие от таких материалов, как сталь и ряда металлов, полимеры не обладают аналогичной им упругостью. Согнутый полимерный стержень не сразу разгибается. При действии периодической нагрузки полимерный материал может заметно нагреться даже при малых амплитудах. Как следствие – значительно изменяются его механические свойства. Интересен характер разрушения прозрачного полимера – органического стекла – при прохождения через него лазерного луча. При этом внутри полимера происходит образование плоских трещин, наклоненных к оси луча под углом примерно 45 градусов. Лазерный луч может иметь полное внутреннее отражение от границ призмы из органического стекла. В этом случае серия трещин возникает на пути луча и после его отражения. Концентрация энергии при образовании трещин, обусловленная прохождением лазерного луча, исключительно велика и сравнима с концентрацией энергии при атомном взрыве. Теория гироскопов уже давно развилась в большой раздел механики со многими ответвлениями соответственно различным задачам практики морского дела, авиации, ракетной техники и космонавтики. Известно, что плоскости орбит спутников всех планет наклонены под небольшими углами к плоскостям орбит самих планет. Долгое время не обращали должного внимания на это обстоятельство, считая его, по-видимому, само собой разумеющимся с точки зрения гипотезы происхождения Вселенной Канта–Лапласа или какой-либо другой космогонической теории. Однако современные расчеты формы траектории советской автоматической станции, впервые в истории человечества сфотографировавшей обратную сторону Луны, дали неожиданные результаты. Станция должна была просуществовать несколько месяцев и затем упасть на Землю, как полагали до вычислений. Плоскость орбиты станции была почти перпендикулярна к плоскости орбиты Земли. Оказалось, что причиной постепенного изменения формы орбиты станции, которое приводит к ее падению на Землю, является возмущающее притяжение к Солнцу. Отсюда следовало важное космогоническое открытие, подтвержденное пока только рядом вычислений: спутники планеты не могут существовать достаточно долго, если плоскости их орбит наклонены к плоскости орбиты планеты под большими углами, близкими к прямому. Интересно отметить, что это положение значительно расширяет класс возможных гипотез происхождения нашей Вселенной. |