|
Херсонський національний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фізики |
КІНЕМАТИКА ПОСТУПАЛЬНОГО РУХУ Лекція 1.1. |
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
| |
1.1.
КІНЕМАТИКА ПОСТУПАЛЬНОГО РУХУІсторія розвитку механіки*
Мабуть, астрономія була першою з природничих наук, з якої почалося природознавство. Окрім того, грандіозні споруди давніх держав (храми, фортеці, піраміди, обеліски) вимагали хоча б емпіричних знань будівничої механіки та статики. Під час будівництв застосовували прості машини: важила, катки, похилі площини. Отже, практичні потреби викликали появу наукових знань: арифметики, геометрії, алгебри, астрономії, механіки та інших природничих знань. Спочатку прослідкуємо за досягненнями в механіці видатних дослідників різних часів. Давньогрецький філософ Аристотель у своїй праці „Фізика” узагальнив відомі на той час знання з механіки і звів їх в єдину систему. Проте, основний закон динаміки, який встановлює взаємозв’язок між силою і рухом, ним було сформульовано невірно. Працями Архімеда закладено основи статики і гідростатики. Він встановив умови рівноваги важеля, про що написав у своєму творі „Про рівновагу плоских фігур”; умови рівноваги плаваючих тіл він описав в „Про плаваючі тіла”. Він (мабуть) першим з дослідників поставив перед собою задачу розрахувати кількість піщинок у Всесвіті, про що написав у „Псаммиті”. Про чисельні виноходи насправді легендарного Архімеда та пов’язані з його ім’ям легенди ви можете прочитати, наприклад в [1]. Вчені середньовіччя дотримувалися в основному поглядів Аристотеля, хоча на той час вже були здобуті нові відомості про властивості тіл. Арабський математик і астроном Біруні виміряв густину твердих тіл та рідин з досить великою точністю. Він також пояснив принцип дії артезіанського колодязя. Вражає універсальність генія Відродження Леонардо да Вінчі. Він був обізнаний з умовами рівноваги рідин різних густин у сполучених посудинах, а також з основним законом гідростатики, який відомий під назвою закону Паскаля. Він розробив теорію поширення морських хвиль. В його працях є проекти парашута, літальних апаратів. Він знав про рівність дії і протидії для окремих випадків. Значна роль в утвердженні нового світогляду, і особливо розвитку механіки належить великому вченому Галілео Галілею. Вже студентом філософського факультету Пізанського університету він відкрив закон ізохронності коливань маятника. Галілей сконструював гідростатичні терези. Досліджуючи падіння різноманітних тіл, він відкинув твердження Аристотеля про залежність швидкості падіння тіл від їхньої ваги і заклав основи динаміки. У своїй класичній праці „Бесіди і математичні доведення про дві нові галузі науки” Галілей виклав основи механіки, акустики, вчення про опір матеріалів, сформулював класичний принцип відносності, дав класифікацію рухів, визначення рівномірно-прискореного руху, миттєвої швидкості, вперше описав функціональну залежність між швидкістю і часом та швидкістю і шляхом, сформулював закон інерції, висловив думку, що повітря має вагу, розробив методику і визначив густину повітря і висунув ідею, що повітря своєю вагою створює тиск. Всі наведені досягнення вражають вже тим, що вони зроблені однією людиною. Французький вчений Рене Декарт зробив великий вклад у створення нової механіки та її опису. Він чітко сформулював закон інерції і багато уваги приділив визначенню таких важливих понять, як маса, сила, тиск, удар та ін. Він вперше увів поняття кількості руху і сформулював закон його збереження. Англійський вчений сер Ісаак Ньютон сформулював основні закони класичної механіки, відкрив закон всесвітнього тяжіння, написав працю „Математичні начала натуральної філософії”. В ХVІІІ ст. в механіку впроваджують методи диференціального та інтегрального числення, що надало більш загальної форми основним закономірностям механіки і привело до удосконалення методів аналізу складних механічних явищ. Це привело до зародження теоретичної механіки, в основу якої закладено праці видатних математиків і механіків Л.Ейлера, Ж.Лагранжа, Д.Бернуллі, Ж.Д’Аламбера, М.В.Остроградського, П.Л.Чебишева, О.М.Ляпунова та багатьох інших. Новий етап розвитку механіки почався з робіт А.Ейнштейна та його попередників А.Пуанкаре, Г.Лоренца, Дж.Лармора та ін. Ці роботи являють собою узагальнення законів механіки, які включають закони руху тіл із будь-якими швидкостями, що менші від швидкості світла у вакуумі. Механіка Ньютона є окремим випадком механіки Ейнштейна (спеціальної теорії відносності).