1.2. Краткая история развития науки о механике материалов

Механика материалов, как и любая другая наука, имеет свою историю, начало которой уходит вглубь веков. Строители древних сооружений, опираясь на интуицию и опыт предшественников, иногда выбирали формы и размеры сооружений настолько удачно, что даже в наше время их творения вызывают удивление и восхищение. Однако во многих случаях возводимые ими сооружения оказывались либо излишне массивными, либо недостаточно прочными.

Основным правилом в то время при выборе размеров новых конструкций было правило геометрического подобия, согласно которому все размеры конструкции увеличивались в одинаковой пропорции.

Долгое время знания о прочности конструкций и сооружений приобретались интуитивно, передавались из поколения в поколение, как секреты мастерства, и относились скорее к области искусства, а не науки.

Впервые научный подход к проблемам прочности конструкций применил великий представитель эпохи Возрождения художник, математик, механик и инженер Леонардо да Винчи (1452–1519). Он проводил опыты по определению прочности строительных материалов, исследовал сопротивление балок изгибу и изучал несущую способность колонн. Однако свои исследования он никому не передал, и они остались неизвестными следующим поколениям ученых и инженеров.

Поэтому возникновение науки о механике материалов связывают с именем знаменитого итальянского ученого Галилео Галилея (1564–1642), издавшего в 1638 году книгу «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению». Часть этой книги посвящена механическим свойствам строительных материалов и исследованию прочности балок. Она является первым печатным трудом в области механики материалов и механики упругих тел.

Следующим шагом в развитии науки о прочности было открытие английским ученым Робертом Гуком (1635–1703) линейной зависимости между нагрузкой и деформацией – основного закона деформирования упругих тел. В 1676 году он опубликовал работу «О восстановительной способности или об упругости», которая содержала описание ряда опытов с упругими телами. В этой книге Роберт Гук сформулировал закон упругости (закон Гука): «Каково удлинение, такова и сила».

Современную трактовку закона Гука высказал Томас Юнг (1773–1829). Вместо абсолютных величин (сила и удлинение) он ввел относительные величины (напряжение и деформация). Оказалось, что коэффициент пропорциональности между напряжениями и относительными удлинениями, т. е. модуль Юнга, в законе Гука является величиной постоянной и характеризует жесткость материала.

В начале XIX века широкую известность получили работы французского ученого Луи Навье (1785–1836), издавшего в 1830 году первый учебник по механике материалов. Большой вклад в развитие теории изгиба и устойчивости стержней внес академик Петербургской академии наук Леонард Эйлер (1707–1783).

В значительной степени развитию механики материалов содействовали работы Д. Бернулли, Ш. Кулона, О. Коши, Г. Ляме, А. Лява, Дж. Максвелла, С. Пуассона, Б. Сен-Венана, Л. Прандтля, Т. Кармана, Г. Надай, К. Кастильяно, О. Мора и др.

В России первые исследования в области механики материалов были проведены в 40-х годах XVIII века.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов в 1752 году создал первые в России приборы для определения твердости камней и машины для испытания цепей на прочность.

Понятие твердости М. В. Ломоносов связывал с внутренними силами сцепления между частицами тела. Широкое развитие строительства железных дорог и железнодорожных мостов значительно ускорило развитие технических наук. В этот период всеобщее признание получают труды выдающегося русского ученого Д. И. Журавского (1821–1891).

Большое значение для развития инженерных знаний в нашей стране имела деятельность профессора В. Л. Кирпичева, основавшего Харьковский и Киевский политехнические институты. Он был первым заведующим кафедрами механики материалов (сопротивления материалов) этих институтов. Его труды по механике и сопротивлению материалов, а также изданный в 1898 году первый в России учебник по механике материалов в значительной степени способствовали образованию научной школы в области вопросов прочности машин и строительных сооружений.

Целая эпоха в развитии механики материалов связана с именем С. П. Тимошенко. Он был заведующим кафедрой сопротивления материалов Киевского политехнического института, основателем и первым директором Института механики, который сейчас носит его имя. Написанные им учебники и монографии получили всемирную известность.

В наше время происходит дальнейшее развитие науки о механике материалов. Развитие ракетостроения, атомной энергии и освоение космического пространства выдвигают новые, более интересные и трудные задачи, в решение которых большой вклад внесли В. В. Болотин, Н. М. Беляев, В. З. Власов, А. Н. Гузь, Н. Н.Давиденков, Л. Л. Ильюшин, А. Н. Динник, В. Н. Корноухов, Н. И. Мусхелишвили, Н. И. Новожилов, И. А. Одинг, П. Ф. Папкович, Г. О. Писаренко, С. Д. Пономарев, Ю. Н. Работнов, И. М. Рабинович, Л. Ф. Смирнов, В. И. Феодосьев и др.