Короткі історичні відомості про розвиток теоретичної механіки

Механіка - одна із перших наук про природу. Її виникнення і роз­виток були тісно зв’язані з виробництвом, потребами людського суспіль­ства; приготуванням їжі, виготовленням тканини й посуду, перекачуван­ням води, будівництвом тощо. В стародавні часи при будові різних, часто грандіозних споруд /наприклад, єгипетських пірамід/, будівель­ники користувалися деякими знаннями з механіки, і для піднімання та переміщення великих вантажів використовували прості механічні при­строї чи машини /важіль, коловорот, блок, клин, похилу площину/.

Найдавнішою працею про механізми і машини, яка дійшла до нашого часу, є "Механічні проблеми" Аристотеля /288-322 до н.е./, де опису­ється важіль, криничний журавель, кривошип, колесо, коток, гончарний верстат, центрифуги, зубчасті колеса та ваги. Аристотель вже знав закон додавання сил, що прикладені в одній точці і діють по од­ній прямій, розглядав задачу про рівновагу важеля.

Основоположником «статики» як точної науки, слід вважати видатно­го давньогрецького вченого Архімеда /287-212 до н.е./, який у своїх працях узагальнив знання стародавніх учених про статику і заклав її наукові основи, широко використовував свої знання для конструювання різних машин і споруд. Йому належить багато різних технічних винахо­дів /гвинтовий насос, військові машини/. Він дав точний розв'язок за­дачі про рівновагу важеля і створив вчення про центр ваги, йому нале­жить відкриття відомого закону, що носить його ім’я, про гідростатич­ний тиск на занурене в рідину тіло.

Після античного періоду в епоху середньовіччя механіка, як і інші науки, майже не розвивалася. Першим великим ученим епохи відродження був знаменитий італійський художник, фізик і інженер Леонардо Да Вінчі /І452-І5І9/. Він уперше експериментальним шляхом визначив коефіцієнт тертя ковзання, ввів поняття момент пари, створив багато нових меха­нізмів, різні конструкції ткацьких верстатів, друкарських і деревооб­робних машин, волочильний верстат, верстат для насічки напилків, ряд простих вантажопідйомних машин і т. ін. Інший італійський вчений Галілео Галілей /1564-1642/ розробив основи сучасної механіки. Ним уперше були сформульовані основні кінематичні поняття /швидкість і прискорення/, висунута ідея про відносний рух, дано закони вільного падіння і коливання маятника.

Особливо слід відзначити праці великого англійського вченого Ісака Ньютона /1643-1727/, який остаточно сформулював основні зако­ни класичної механіки» встановив поняття маси і сили, дав системати­зований виклад динаміки. Його знаменита праця "Математичні начала натуральної філософії" /1687/ стала фундаментом механіки.

У той же час, коли Ньютон розробляв динаміку, статика одержала свій подальший розвиток головним чином у працях його сучасника, фран­цузького вченого Варіньона /1654-1722/, який встановив остаточно по­няття про момент сили відносно точки і довів теорему про момент рів­нодіючої. У своїй роботі "Проект нової механіки" /І687/ Варіньон, користуючись цією теоремою, а також методами додавання і розкладання сил, дає строгу статичну теорію простих машин. У цій роботі статика твердого тіла дістала майже повне завершення.

Поштовхом для розвитку механіки в Росії була бурхлива діяльність Петра І і заснована ним Російська Академія наук, робота якої з перших днів існування була спрямована на розв'язок практичних завдань, по­в'язаних з побудовою різних машин і споруд, розвитком вітчизняного кораблебудування, артилерії та іншої техніки. Належний внесок у роз­виток практичної механіки зробив геніальний вчений-енциклопедист М.В.Ломоносов /1711-1766/, який вперше експериментально встановив закон збереження речовини і висловив ідею про закон збереження руху, розробив, конструкції машин для виробництва скла й випробування мате­ріалів.

На цей же час припадає плодотворна діяльність геніального мате­матика і механіка Л.Ейлера /I707-I783/, автора 850 наукових праць, який розв’язав ряд задач з кінематики і динаміки твердого тіла, до­слідив коливання і стійкість пружних тіл, займався питаннями теорії тертя гнучких ланок і зубчастого зачеплення, послідовно й наполегливо вводив у механіку аналітичні методи дослідження.

1743 р. французький вчений Даламбер /І717-І783/ у своїй роботі "Трактат з динаміки" встановив дуже важливий принцип механіки, який носить його ім’я. Принцип Даламбера дає загальні методи розв'язання задач динаміки з використанням методів статики.

Аналітичні методи в механіці здобули широке використання у пра­цях іншого французького вченого Лагранжа /І736-І8ІЗ/, В його роботі

"Аналітична механіка" /І788/ вся механіка викладена строго аналітич­но на підставі єдиного загального принципу - принципу можливих пере­міщень, сформульованого Іваном Бернуллі /І667-І748/.

Для XIX ст. характерний швидкий розвиток техніки: впроваджуються в промисловість парові машини, будуються залізниці, розвивається вій­ськова промисловість. Все це сприяло бурхливому розвитку класичної механіки. У цей період з'явилися праці С.Пуассона /І78І-І840/, У.Гамільтона /1805-1865/, К.Якобі /1804-1851/, К.Ф.Гауса /1777-1855/, И.В.Остроградського /І80І-І862/, М.С.Лі /1842-1869/. їхніми працями завершилася математизація механіки систем матеріальних точок і абсо­лютно твердого тіла. Були вироблені специфічні для аналітичної меха­ніки поняття, розроблені математичні методи розв’язання багатьох за­дач механіки.

У середині ХIХ ст. в Росії виросла плеяда талановитих вчених, які разом з іншими вченими Європи заклали основи класичної механіки.

До XIX ст. належить і діяльність засновника найбільшої школи ма­тематиків і механіків академіка Д.Л.Чебишева /І82І-І894/, роботи яко­го мали великий вплив на розвиток математики і механіки як в Росії, так і за кордоном. З численних праць П.Л.Чебишева слід відзначити праці з теорії механізмів.

Одним з найталановитіших учнів П.Л.Чебишева є російський матема­тик А.М.Ляпунов /1857-1918/, який створив нові методи дослідження в теорії стійкості руху. Ряд видатних відкриттів у різних розділах ме­ханіки зробив професор Московського університету М.Є.Жуковський /І847-І92І/ - основоположник сучасної теоретичної та експерименталь­ної аеродинаміки.

Ідеї М.Є.Жуковського з аеродинаміки набули подальшого розвитку у працях академіка С.О.Чаплигіна /1869-1942/,. який заклав основи аеро­динаміки великих швидкостей /газової динаміки/.

Наприкінці XIX - на початку XX ст. почалось інтенсивне розроблен­ня нового розділу теоретичної механіки - динаміки тіл змінної маси. Основні результати в цьому напрямку одержали російські вчені професор Ленінградського політехнічного інституту 1.В.Мещерський /І859-І935/ і основоположник ракетодинаміки й астронавтики К.Е.Ціолковський /1857-1935/.

У наш час перед вітчизняною наукою і технікою стоять важливі завдання щодо прискорення науково-технічного прогресу і подальшого розвитку й перебудови народного господарства. У числі цих завдань такі актуальні проблеми, як автоматизація виробничих процесів і їхня оптимізація, створення і впровадження промислових роботів і маніпуляторові ефективне використання конструкційних матеріалів тощо. Дня розв'язання цих завдань важливе значення має підвищення якості підго­товки інженерно-технічних кадрів, розширення теоретичної бази їх знань» зокрема знань у галузі однієї з фундаментальних загальнонаукових дисциплін - теоретичної механіки.