Роль теоретической механики в развитии отраслей техники

№99-1,

технические науки

Основная цель данной статьи состоит в том, чтобы рассмотреть источники роста теоретической механики как фундаментальной науки, сосредоточив главное внимание на взаимодействиях механики с техническими потребностями общества, обусловленными развитием современной техники.

Похожие материалы

В настоящее время теоретическая механика, являясь в большей степени фундаментальной дисциплиной, в свою очередь есть научная основа развития современных отраслей техники. Развитие машиностроения вызвало развитие как теоретической механики, так непосредственно связанных с ней дисциплин: теория механизмов и машин, сопротивление материалов, детали машин.

Несмотря на то, что впервые термин «механика» был введен древним философом Аристотелем, в тоже время его учение о движении тел и равновесии сил имели как правильные суждения, так и ошибочные. Поэтому правильнее было бы считать родоначальником механики Архимеда, труды которого сочетали в себе гениальные открытия и изобретения. В свою очередь бурное развитие теоретической механики как науки можно считать в эпоху Возрождения. На ее развитие как науки повлияли два главных фактора, а именно — это потребности развивающегося человеческого общества, которые в последствие будут обусловлены преимущественно развитием техники и технологий. Вторым фактором развития теоретической механики как фундаментальной науки является абстрактное мышление человека, то есть потребность и способность человеческого разума к созданию и открытию нового в своей жизни.

Теоретическая механика является научным фундаментом в наиболее передовых отраслях, таких как авиастроение и ракетостроение. Под воздействием запросов авиационной и ракетной техники существенно развивались следующие разделы: механика тел переменной массы, теория гироскопических явлений, специальная теория относительности.

Первые теоретические исследования в задачах связанных с движение тел переменной массы принадлежат Д. Бернулли и Л. Эйлеру. Эйлер вывел уравнение поступательного движения объекта переменной массы и уравнение вращательного движения тела переменного состава около неподвижной оси.

Главным в работах Эйлера явилось получение выражения реактивной силы установившегося поступательного движения тела переменной массы и момента реактивных сил относительно данной оси. В работах К.Э. Циолковского главное внимание уделялось проблеме космического полета ракеты. Он разработал основные принципы создания летательного реактивного аппарата и проанализировал условия межпланетного полета. Исследования движения небесных тел, масса которых меняется из-за падения метеоритов на их поверхность принадлежит И.В. Мещерскому. Автор решил задачу построения общей теории, на основе которой можно было бы исследовать частные случаи движения тел переменной массы. Важнейшими работами И.В. Мещерского в построении общей теории движения тел переменной массы было рассмотрение одновременного присоединения и исключения частиц от основной движущейся материальной точки и исследование вращения твердого тела переменной массы вокруг неподвижной оси.

Для понимания гироскопических явлений Л. Эйлером были выведены кинематические и динамические уравнения, описывающие вращение твердого тела около центра масс и неподвижной точки. Ж. Лагранж нашел общее решение уравнения Эйлера для твердого тела, у которого моменты относительно двух главных осей равны, центр масс смещен относительно точки опоры вдоль третьей главной оси. Позднее в конце девятнадцатого века произошло зарождение гироскопической техники: гирогоризонта, гироскопа направления, гироскопического компаса. В наши дни уже более совершенные гироскопические приборы нашли свое применение в авиационной технике, в частности в самолете амфибии Бе-200ЧС, находящийся на вооружении в подразделениях МЧС России. Самолет оснащен комплексом пилотажно-навигационного оборудования и средств связи, которые обеспечивают навигацию и управление в любых метеоусловиях. Самолет предназначен для доставки в район бедствия спасателей и средств пожаротушения, сдерживание распространения средних и крупных пожаров.

В настоящее время на законах теоретической механики, а именно статики и кинематики строится теория движения пожарного автомобиля, где проводится анализ ряда эксплуатационных свойств: тягово-скоростных, тормозных, устойчивости движения, маневренности, управляемости, плавности хода.

Тяговые силы ведущих колес определяют тягово-скоростные свойства пожарного автомобиля. Тягово-скоростные свойства оцениваются величиной удельной мощности, которая выражается отношением мощности двигателя к полной массе автомобиля.

Сопротивление качению колеса с пневматической шиной по недеформируемой дороге возникает за счет затрат энергии на деформацию шины, напротив сопротивление качению колеса по деформируемой дороге возникает за счет затрат энергии на деформацию грунта и на преодоление сил трения между колесом и грунтом. Сила сопротивлению качению колес пожарного автомобиля является суммой сил сопротивлению качения всех колес и прямо пропорциональна коэффициенту сопротивления качению и нормальной реакции поверхности каждого колеса.

Практически для определения тех или иных эксплуатационных свойств автомобиля одним из основных параметров являются нормальные реакции опорной поверхности колес. Следует отметить, что величины нормальных реакций определяются правилами статики путем составления уравнений равновесия произвольной плоской системы сил.

Таким образом, законы и методы теоретической механики являются руководством к грамотному решению практических задач в технических вопросах, где взаимодействие науки механики с рядом областей современной техники базируется на основе колоссального опыта всего человечества. Новые научные открытия и достижения должны находить свое отражение и в преподавании курса теоретической механики, обновляя и пополняя содержание этой дисциплины.

Список литературы

  1. Покровский А.А. Этапы построения курса теоретической механики // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2018 г. – № 78; URL: https://novainfo.ru/article/?nid=14710.
  2. Покровский А.А. Тестовые технологии в преподавании технических дисциплин // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2018 г. – № 78; URL: https://novainfo.ru/article/?nid=14703.