Kaj preučuje mehanika? Teoretična mehanika je eksperimentalna veda

Preučevanje mehanskega gibanja materialnih teles in interakcij med njimi. Mehansko gibanje razumemo kot spremembo medsebojnega položaja teles ali njihovih delcev v prostoru skozi čas. V naravi je gibanje nebesna telesa, nihanja zemeljska skorja, zračni in vodni tokovi itd.; v tehniki - premiki različnih letal in vozila, deli motorjev, strojev in mehanizmov, deformacija elementov različne oblike in strukture, gibanje tekočin in plinov in še veliko več.

V mehaniki so obravnavane interakcije tista dejanja teles drug na drugega, zaradi katerih se spremenijo hitrosti točk teh teles ali pride do deformacij, na primer privlačnost teles po zakonu univerzalna gravitacija, medsebojni pritiski teles v stiku, učinki delcev tekočine ali plina drug na drugega in na telesa, ki se gibljejo v njih.

Mehanika običajno razumemo kot t.i klasična Galileo-Newtonova mehanika, katere predmet je gibanje kakršnih koli materialnih teles (razen elementarni delci), ki se izvajajo pri hitrostih, majhnih v primerjavi s hitrostjo svetlobe. Gibanje makroskopskih teles s hitrostmi reda svetlobne hitrosti obravnava relativistična mehanika, ki temelji na Einsteinovi posebni teoriji relativnosti. Za opis gibanja osnovnih delcev in znotrajatomskih pojavov, zakonov klasična mehanika niso uporabni - nadomestijo jih zakoni kvantne mehanike.

Klasična mehanika je razdeljena na tri sklope: kinematiko, dinamiko in statiko.

Kinematika preučuje gibanje teles brez upoštevanja vzrokov, ki določajo to gibanje (tj. Gibanje teles brez upoštevanja njihovih mas in sil, ki delujejo nanje). Metode in odvisnosti, uveljavljene v kinematiki, se uporabljajo pri izračunu prenosa gibanja v različnih mehanizmih in strojih, pa tudi pri reševanju problemov dinamike.

Dinamika proučuje gibanje materialnih teles pod vplivom sil, ki delujejo nanje. Dinamika temelji na Newtonovih zakonih mehanike, iz katerih izhajajo vse enačbe in izreki, potrebni za reševanje dinamičnih problemov.

Statika proučuje pogoje ravnovesja materialnih teles pod vplivom sil. Če poznamo zakone gibanja teles, potem lahko iz njih ugotovimo zakone ravnotežja. Zato se zakoni statike vedno obravnavajo v povezavi z zakoni dinamike.

Osnovni pojmi v mehaniki, fiziki in naravoslovju nasploh so prostora in čas. Vsako materialno telo ima prostornino, tj. prostorski obseg. Čas izraža zaporedje stanj snovi, ki sestavljajo vsak proces, vsako gibanje. Največ torej predstavljata prostor in čas splošne oblike obstoj materije.

Vsako gibanje togega telesa je mogoče predstaviti kot kombinacijo translacijskega in rotacijskega gibanja. Progresivno Gibanje je gibanje, pri katerem se katera koli premica, togo povezana s telesom, premika, pri tem pa ostaja vzporedna sama s seboj. Primeri translacijskega gibanja so gibanje bata v valju motorja, gibanje kabine panoramskega kolesa itd. Rotacijski gibanje absolutno togega telesa je gibanje, pri katerem se vse točke telesa gibljejo v ravninah, pravokotnih na fiksno premico, imenovano vrtilna os, in opišite krožnice, katerih središča ležijo na tej osi (rotorji turbin, generatorjev in motorjev).

Mehanika je eden od razdelkov fiziki. Pod mehanika običajno razumejo klasično mehaniko. Mehanika je veda, ki proučuje gibanje teles in interakcije med njimi.

Zlasti vsako telo v katerem koli trenutku zaseda določen položaj v prostoru glede na druga telesa. Če telo sčasoma spremeni svoj položaj v prostoru, potem pravimo, da se telo giblje in izvaja mehansko gibanje.

Mehansko gibanje imenujemo sprememba medsebojnega položaja teles v prostoru skozi čas.

Glavna naloga mehanika- določanje položaja telesa kadarkoli. Če želite to narediti, morate biti sposobni na kratko in natančno navesti, kako se telo premika, kako se njegov položaj spreminja skozi čas med določenim gibanjem. Z drugimi besedami, najti matematični opis gibanja, tj. vzpostaviti povezave med količinami, ki označujejo mehansko gibanje.

Pri preučevanju gibanja materialnih teles se uporabljajo pojmi, kot so:

• materialna točka- telo, katerega mere lahko pri danih pogojih gibanja zanemarimo. Ta koncept se uporablja pri translacijskem gibanju ali kadar je pri gibanju, ki ga preučujemo, mogoče zanemariti vrtenje telesa okoli sebe. središče mase,
• absolutno trdna - telo, pri katerem se razdalja med katerima koli točkama ne spremeni. Koncept se uporablja, kadar lahko zanemarimo deformacijo telesa.
• stalno spremenljivo okolje- koncept je uporaben, kadar lahko zanemarimo molekularno zgradbo telesa. Uporablja se pri proučevanju gibanja tekočin, plinov in deformabilnih trdnih snovi.

Klasična mehanika temelji na Galilejevem načelu relativnosti in Newtonovih zakonih. Zato se imenuje tudi - Newtonova mehanika .

Mehanika preučuje gibanje materialnih teles, interakcije med materialnimi telesi, splošne zakonitosti spreminjanja položajev teles skozi čas, pa tudi vzroke, ki povzročajo te spremembe.

Splošni zakoni mehanike pomenijo, da so veljavni pri proučevanju gibanja in interakcije vseh materialnih teles (razen osnovnih delcev) od mikroskopskih velikosti do astronomskih objektov.

Mehanika vključuje naslednje razdelke:

• kinematika(preučuje geometrijsko lastnost gibanja teles brez razlogov, ki so povzročili to gibanje),
• dinamika(preučuje gibanje teles ob upoštevanju razlogov, ki so povzročili to gibanje),
• statika(preučuje ravnotežje teles pod vplivom sil).

Upoštevati je treba, da to niso vsi razdelki, ki so vključeni v mehaniko, vendar so to glavni razdelki, ki se preučujejo šolski kurikulum. Poleg zgoraj omenjenih razdelkov obstaja več razdelkov, ki imajo neodvisen pomen in so tesno povezani drug z drugim in z navedenimi razdelki.

Na primer:

• mehanika kontinuuma (vključuje hidrodinamiko, aerodinamiko, plinsko dinamiko, teorijo elastičnosti, teorijo plastičnosti);
• kvantna mehanika;
• mehanika strojev in mehanizmov;
• teorija nihanj;
• mehanika spremenljivke mase;
• teorija udarca;
• itd.

Pojav dodatnih razdelkov je povezan tako s preseganjem meja uporabnosti klasične mehanike (kvantne mehanike) kot s podrobno študijo pojavov, ki se pojavljajo med interakcijo teles (na primer teorija elastičnosti, teorija udarca ).

Toda kljub temu klasična mehanika ne izgubi svojega pomena. Zadostuje, da opišemo široko paleto opazovanih pojavov, ne da bi se morali zateči k temu posebne teorije. Po drugi strani pa je lahko razumljiv in ustvarja podlago za druge teorije.

Co šolskih dni Verjetno se vsi spomnijo, kako se imenuje mehansko gibanje telesa. Če ne, potem bomo v tem članku poskušali ne le zapomniti tega izraza, ampak ga tudi posodobiti osnovno znanje iz tečaja fizike ali natančneje iz oddelka "Klasična mehanika". Prikazal bo tudi primere, kako se ta koncept uporablja ne samo v določeni disciplini, ampak tudi v drugih znanostih.

Mehanika

Najprej si poglejmo, kaj ta koncept pomeni. Mehanika je veja fizike, ki proučuje gibanje različna telesa, interakcijo med njimi, pa tudi vpliv tretjih sil in pojavov na ta telesa. Gibanje avtomobila po avtocesti, nogometna žoga, zabita v gol, vožnja proti cilju - vse to se preučuje v tej posebni disciplini. Običajno pri uporabi izraza "mehanika" mislijo na "klasično mehaniko". Kaj je to, bomo razpravljali z vami spodaj.

Klasična mehanika je razdeljena na tri velike dele.

1. Kinematika - preučuje gibanje teles, ne da bi se vprašala, zakaj se premikajo? Tu nas zanimajo količine, kot so pot, trajektorija, premik, hitrost.
2. Drugi del je dinamika. Proučuje vzroke gibanja s pojmi, kot so delo, sila, masa, pritisk, impulz, energija.
3. In tretji del, najmanjši, preučuje takšno stanje, kot je ravnovesje. Razdeljen je na dva dela. Ena osvetljuje ravnotežje trdnih snovi, druga pa tekočine in pline.

Zelo pogosto klasično mehaniko imenujemo Newtonova mehanika, ker temelji na treh Newtonovih zakonih.

Newtonovi trije zakoni

Prvič jih je začrtal Isaac Newton leta 1687.

1. Prvi zakon govori o vztrajnosti telesa. To je lastnost, pri kateri se smer in hitrost gibanja materialne točke ohranita, če nanjo ne delujejo zunanje sile.
2. Drugi zakon pravi, da telo, ki pridobi pospešek, sovpada s tem pospeškom v smeri, vendar postane odvisno od svoje mase.
3. Tretji zakon pravi, da je sila akcije vedno enaka sili reakcije.

Vsi trije zakoni so aksiomi. Z drugimi besedami, to so postulati, ki ne zahtevajo dokazov.

Kaj je mehansko gibanje?

To je sprememba položaja telesa v prostoru glede na druga telesa skozi čas. V tem primeru materialne točke medsebojno delujejo po zakonih mehanike.

Razdeljen na več vrst:

• Gibanje materialne točke se meri z iskanjem njenih koordinat in sledenjem spremembam koordinat skozi čas. Iskanje teh indikatorjev pomeni izračun vrednosti vzdolž abscisne in ordinatne osi. To preučuje kinematika točke, ki deluje s koncepti, kot so trajektorija, premik, pospešek in hitrost. Gibanje predmeta je lahko premočrtno ali krivočrtno.
• Gibanje togega telesa je sestavljeno iz premika točke, vzete kot osnove, in rotacijskega gibanja okoli nje. Preučuje kinematiko togih teles. Gibanje je lahko translacijsko, to je vrtenje okoli dano točko ne zgodi in se celotno telo giblje enakomerno, pa tudi ravno - če se celotno telo giblje vzporedno z ravnino.
• Obstaja tudi gibanje neprekinjenega medija. To se premika velika količina točke, ki jih povezuje samo neko polje ali območje. Zaradi številnih gibajočih se teles (oz. materialnih točk) en koordinatni sistem tukaj ni dovolj. Zato je toliko koordinatnih sistemov, kolikor je teles. Primer tega je val na morju. Je zvezna, vendar je sestavljena iz velikega števila posameznih točk na številnih koordinatnih sistemih. Tako se izkaže, da je gibanje valov gibanje neprekinjenega medija.

Relativnost gibanja

V mehaniki obstaja tudi koncept relativnosti gibanja. To je vpliv katerega koli referenčnega sistema na mehansko gibanje. Kako to razumeti? Referenčni sistem je koordinatni sistem plus ura. Preprosto povedano, to sta x- in ordinatna os v kombinaciji z minutami. S takim sistemom se ugotovi, v kolikšnem času je materialna točka prepotovala določeno razdaljo. Z drugimi besedami, premaknilo se je glede na koordinatno os ali druga telesa.

Referenčni sistemi so lahko: gibljivi, inercialni in neinercialni. Naj pojasnimo:

• Inercialni CO je sistem, kjer telesa, ki proizvajajo tako imenovano mehansko gibanje materialne točke, to počnejo premočrtno in enakomerno ali na splošno mirujejo.
• V skladu s tem je neinercialni CO sistem, ki se premika s pospeševanjem ali vrti glede na prvi CO.
• Spremljajoči CO je sistem, ki skupaj z materialno točko izvaja tako imenovano mehansko gibanje telesa. Z drugimi besedami, kjer in s kakšno hitrostjo se premika predmet, se z njim premika tudi ta CO.

Materialna točka

Zakaj se včasih uporablja koncept »telo«, včasih pa »materialna točka«? Drugi primer je naveden, ko lahko zanemarimo dimenzije samega predmeta. To pomeni, da parametri, kot so masa, prostornina itd., niso pomembni za rešitev obravnavanega problema. Na primer, če je cilj ugotoviti, kako hitro se pešec giblje glede na planet Zemljo, lahko višino in težo pešca zanemarimo. On je materialna točka. Mehansko gibanje tega predmeta ni odvisno od njegovih parametrov.

Pojmi in količine uporabljenega mehanskega gibanja

V mehaniki operirajo z različnimi količinami, s pomočjo katerih se nastavijo parametri, zapišejo pogoji problemov in poišče rešitev. Naj jih naštejemo.

• Spremembo položaja telesa (ali materialne točke) glede na prostor (ali koordinatni sistem) skozi čas imenujemo premik. Mehansko gibanje telesa (materialne točke) je namreč sinonim za pojem »gibanje«. Samo drugi koncept se uporablja v kinematiki, prvi pa v dinamiki. Razlika med temi pododdelki je bila razložena zgoraj.
• Pot je črta, po kateri telo (materialna točka) izvaja tako imenovano mehansko gibanje. Njeno dolžino imenujemo pot.
• Hitrost - gibanje katere koli materialne točke (telesa) glede na danem sistemu poročilo. Zgoraj je bila navedena tudi definicija sistema poročanja.

Neznane količine, ki se uporabljajo za določanje mehanskega gibanja, najdemo v problemih z uporabo formule: S=U*T, kjer je "S" razdalja, "U" je hitrost in "T" je čas.

Iz zgodovine

Sam koncept "klasične mehanike" se je pojavil v starih časih in spodbudil razvoj v hitrem tempu gradbeništvo. Arhimed je oblikoval in opisal adicijski izrek vzporedne sile, uvedel koncept "težišče". Tako se je začela statika.

Po zaslugi Galileja se je v 17. stoletju začela razvijati »Dinamika«. Zakon vztrajnosti in načelo relativnosti sta njegova zasluga.

Isaac Newton je, kot je omenjeno zgoraj, predstavil tri zakone, ki so bili osnova Newtonove mehanike. Odkril je tudi zakon univerzalne gravitacije. Tako so bili postavljeni temelji klasične mehanike.

Neklasična mehanika

Z razvojem fizike kot znanosti in s pojavom velike priložnosti na področjih astronomije, kemije, matematike in drugih stvari klasična mehanika postopoma ni postala glavna, ampak ena od mnogih iskanih ved. Ko so začeli aktivno uvajati in operirati s pojmi, kot je svetlobna hitrost, kvantna teorija polj in tako naprej so zakoni, na katerih temelji mehanika, postali nezadostni.

Kvantna mehanika je veja fizike, ki se ukvarja s proučevanjem ultra majhnih teles (materialnih točk) v obliki atomov, molekul, elektronov in fotonov. Ta disciplina zelo dobro opisuje lastnosti ultra majhnih delcev. Poleg tega napove njihovo vedenje v dani situaciji, pa tudi glede na vpliv. Napovedi kvantne mehanike se lahko zelo razlikujejo od predpostavk klasične mehanike, saj slednja ne more opisati vseh pojavov in procesov, ki se dogajajo na ravni molekul, atomov in drugih stvari - zelo majhnih in nevidnih s prostim očesom.

Relativistična mehanika je veja fizike, ki se ukvarja s proučevanjem procesov, pojavov in tudi zakonitosti pri hitrostih, primerljivih s svetlobno hitrostjo. Vsi dogodki, ki jih preučuje ta disciplina, se dogajajo v štiridimenzionalnem prostoru, v nasprotju s »klasičnim« tridimenzionalnim prostorom. To pomeni, da višini, širini in dolžini dodamo še en indikator - čas.

Kakšna druga definicija mehanskega gibanja obstaja?

Upoštevali smo samo osnovni pojmi povezanih s fiziko. Toda sam izraz se ne uporablja samo v mehaniki, pa naj bo ta klasična ali neklasična.

V znanosti, imenovani "socialno-ekonomska statistika", je definicija mehanskega gibanja prebivalstva podana kot migracija. Z drugimi besedami, to je gibanje ljudi dolge razdalje, na primer v sosednje države ali na sosednje celine z namenom zamenjave kraja bivanja. Razlogi za takšno selitev so lahko nezmožnost nadaljnjega življenja na svojem ozemlju zaradi naravne nesreče, kot so vztrajne poplave ali suše, gospodarske in socialne težave v lastni državi, pa tudi posredovanje zunanjih sil, na primer vojna.

Ta članek preučuje, kaj imenujemo mehansko gibanje. Navedeni so primeri ne le iz fizike, ampak tudi iz drugih ved. To pomeni, da je izraz dvoumen.

Uvod. Zgodovina znanosti.

1. Uvod

Znanost o mehanskem gibanju in interakciji materialnih teles se imenuje mehanika. Obseg problemov, obravnavanih v mehaniki, je zelo velik, z razvojem te znanosti pa so se v njej pojavila številna neodvisna področja, povezana s preučevanjem mehanike trdnih deformabilnih teles, tekočin in plinov. Ta področja vključujejo teorijo elastičnosti, teorijo plastičnosti, mehaniko tekočin, aeromehaniko, plinsko dinamiko in vrsto oddelkov tako imenovane uporabne mehanike, zlasti: trdnost materialov, statika konstrukcij (konstrukcijska mehanika), teorija mehanizmov. in stroji, hidravlika ter številne specialne inženirske discipline. Vendar pa na vseh teh področjih, skupaj z zakonitostmi in raziskovalnimi metodami, značilnimi za vsako od njih, temeljijo na nizu osnovnih zakonov ali principov in uporabljajo številne koncepte in metode, ki so skupni vsem področjem mehanike. Upoštevanje teh splošnih pojmov, zakonitosti in metod je predmet t.i teoretično(oz splošno)mehanika.

Mehansko gibanje imenujemo spremembo relativnega položaja materialnih teles v prostoru, ki se zgodi skozi čas. Ker obstaja stanje počitka poseben primer mehanskega gibanja, potem spada v nalogo teoretične mehanike tudi preučevanje ravnovesja materialnih teles. Pod mehansko interakcijo razumemo tista dejanja materialnih teles drug na drugega, zaradi katerih pride do spremembe gibanja teh teles ali do spremembe njihove oblike (deformacije).

Primeri mehanskega gibanja v naravi so gibanje nebesnih teles, nihanje zemeljske skorje, zraka in morski tokovi itd., in v tehniki - gibanje različnih kopenskih ali vodnih vozil in letal, gibanje delov vseh vrst strojev, mehanizmov in motorjev, deformacija elementov določenih konstrukcij in konstrukcij, pretok tekočin in plinov ter veliko več. Primeri mehanskih interakcij so medsebojna privlačnost materialnih teles po zakonu univerzalne gravitacije, medsebojni pritisk dotikajočih se (ali trkajočih) teles, vpliv delcev tekočine in plina drug na drugega in na telesa, ki se gibljejo ali počivajo v njih itd. .

Gibanje snovi se dogaja v času in prostoru. Prostor, v katerem poteka gibanje teles, jemljemo kot »navaden« evklidski tridimenzionalni prostor. Za preučevanje gibanja je uveden tako imenovani referenčni sistem, ki pomeni celoto referenčnega telesa (telesa, glede na katerega preučujemo gibanje drugih teles) in z njim povezanih sistemov. koordinatne osi in ure. V teoretični mehaniki velja, da čas ni odvisen od gibanja telesa in da je enak v vseh točkah prostora in v vseh referenčnih sistemih (absolutni čas). V zvezi s tem se lahko v teoretični mehaniki, ko govorimo o referenčnem sistemu, omejimo na navedbo le referenčnega telesa ali sistema koordinatnih osi, povezanih s tem telesom.

Gibanje telesa nastane kot posledica delovanja sil, ki jih povzročajo druga telesa na premikajoče se telo. Pri proučevanju mehanskega gibanja in ravnotežja materialnih teles ni potrebno poznavanje narave sil, dovolj je le poznavanje njihove velikosti. Zato v teoretični mehaniki ne preučujejo fizične narave sil, temveč se omejujejo le na obravnavo povezave med silami in gibanjem telesa.

Teoretična mehanika temelji na I. Newtonovih zakonih, katerih veljavnost je preverjena ogromno količino neposredna opazovanja, eksperimentalno preverjanje posledic (pogosto oddaljenih in sploh ne očitnih) teh zakonov, pa tudi stoletja starih praktične dejavnosti oseba. Newtonovi zakoni ne veljajo v vseh referenčnih okvirih. V mehaniki se domneva prisotnost vsaj enega takega sistema (inercialnega referenčnega sistema). Številni poskusi in meritve kažejo, da je referenčni sistem z izhodiščem v središču z visoko stopnjo natančnosti sončni sistem in osi, usmerjene proti oddaljenim "fiksnim" zvezdam, je inercialni referenčni okvir (imenuje se heliocentrični ali primarni inercialni referenčni okvir).

V nadaljevanju bo prikazano, da če obstaja vsaj en inercialni referenčni okvir, potem jih je neskončno veliko (zelo pogosto se inercialni referenčni sistemi imenujejo fiksni okvirji). V mnogih problemih je sistem, povezan z Zemljo, vzet kot inercialni referenčni sistem. Napake, ki pri tem nastanejo, so običajno tako nepomembne, da praktični pomen nimajo. Toda obstajajo problemi, pri katerih vrtenja Zemlje ne moremo več zanemariti. V tem primeru je treba uvedeni heliocentrični referenčni sistem vzeti kot fiksni referenčni sistem.

Teoretična mehanika je naravoslovna veda, ki se opira na rezultate izkušenj in opazovanj ter pri analizi teh rezultatov uporablja matematični aparat. Kot v vsakem naravoslovje, osnova mehanike so izkušnje, praksa, opazovanje. A ko opazujemo pojav, ga ne moremo takoj dojeti v vsej njegovi raznolikosti. Zato se raziskovalec sooča z nalogo, da identificira glavno, odločilno stvar v pojavu, ki ga preučuje, in abstrahira od tistega, kar je manj v bistvu sekundarni.

V teoretični mehaniki ima metoda abstrakcije zelo pomembno vlogo. pomembno vlogo. Zamotiti se med učenjem mehanska gibanja materialna telesa od vsega partikularnega, naključnega, manj bistvenega, drugotnega in ob upoštevanju le tistih lastnosti, ki so v danem problemu odločilne, pridemo do obravnavanja različnih modelov materialnih teles, ki predstavljajo eno ali drugo stopnjo abstrakcije. Tako na primer, če ni razlike v gibanju posameznih točk materialnega telesa ali je v tem konkretnem problemu ta razlika zanemarljiva, potem lahko zanemarimo dimenzije tega telesa in ga obravnavamo kot materialno točko. Ta abstrakcija vodi do pomembnega koncepta teoretične mehanike – koncepta materialne točke, ki se razlikuje od geometrijska točka nekaj, kar ima maso. Materialna točka ima lastnost vztrajnosti, tako kot ima to lastnost telo, in nenazadnje ima enako sposobnost interakcije z drugimi materialnimi telesi, kot jo ima telo. Tako na primer planeti v svojem gibanju okoli sonca, vesoljsko plovilo v njihovem gibanju glede na nebesna telesa lahko v prvem približku štejemo za materialne točke.

Drug primer abstrakcije od resničnih teles je koncept absolutno togega telesa. Razumemo ga kot telo, ki ohrani svojo geometrijsko obliko nespremenjeno, ne glede na delovanje drugih teles. Absolutno trdnih teles seveda ni, saj zaradi delovanja sil vsa materialna telesa spremenijo svojo obliko, tj. so deformirani, vendar lahko v mnogih primerih deformacijo telesa zanemarimo. Na primer, pri izračunu leta rakete lahko zanemarimo majhna nihanja posamezne dele saj bodo ta nihanja zelo malo vplivala na njene parametre letenja. Toda pri izračunu moči rakete je treba te tresljaje upoštevati, saj lahko povzročijo uničenje telesa rakete.

Ko sprejemate določene hipoteze, se morate spomniti meja njihove uporabnosti, saj lahko pozabite na to, da pridete do popolnoma napačnih zaključkov. To se zgodi, ko pogoji problema, ki ga rešujemo, ne zadovoljujejo več postavljenih predpostavk in zanemarjene lastnosti postanejo pomembne. Na tečaju bomo pri postavljanju problema vedno pozorni na predpostavke, ki se postavljajo ob obravnavi tega vprašanja.

Na žalost teoretično mehaniko preučujejo in praktično uporabljajo le inženirji, tj. poznamo približno enega od stotih prebivalcev in si moramo jasno predstavljati realno družbeno situacijo: enako zveneča beseda"Teoretično" odraža preveč različne koncepte - za veliko večino prebivalstva ima beseda "teoretično" širok razpon pomenov, bolj z negativnim kot pozitivnim prizvokom. To se odraža v razlagalnih slovarjih. Beremo: teoretizirati – ukvarjati se s teoretičnimi vprašanji, ustvarjati teorijo; govoriti o abstraktnih temah, brez koristi za zadevo - ne temelji na realnosti, na praktične možnosti; teoretično - abstraktno, abstraktno, ne najde praktične uporabe.

Takšne razlage ne veljajo za teoretično mehaniko, v odnosu do njenih učiteljev in uporabnikov pa so žaljive, žaljive in ponižujoče. Opravičiti se moramo in pojasniti, da teoretična mehanika ni ufologija in astrologija, ne meteorologija in niti fizika. Napovedi, ki temeljijo na metodah teoretične mehanike, so praktično zanesljive.

V višjih tehničnih izobraževalne ustanove Teoretično mehaniko običajno delimo na tri sklope: statiko, kinematiko in dinamiko. Ta uveljavljena tradicija se odraža v tem tečaju.

V statiki se preučujejo metode za preoblikovanje ene skupine sil v druge, ki so enakovredne podatkom, razjasnjeni so ravnotežni pogoji in določeni možni ravnotežni položaji. Ravnotežje materialnega telesa v nadaljevanju pomeni njegovo mirovanje glede na izbrani referenčni okvir, tj. upoštevata relativno ravnotežje in mir.

V kinematiki se gibanje teles obravnava s čisto geometrijskega vidika, tj. brez upoštevanja interakcij sil med telesi. Ni zaman, da se kinematika včasih imenuje "geometrija gibanja", kar seveda vključuje koncept časa. Glavne značilnosti gibanj v kinematiki so: trajektorija, prevožena razdalja, hitrost in pospešek gibanja.

V dinamiki preučujemo gibanje teles v povezavi z interakcijami sil med telesi. Podrobnejše informacije o problemih statike, kinematike in dinamike bodo podane v ustreznih razdelkih predmeta.

2. O zgodovini znanosti

Nastanek in razvoj mehanike kot znanosti je neločljivo povezan z zgodovino razvoja produktivnih sil družbe, s stopnjo proizvodnje in tehnologije na vsaki stopnji tega razvoja.

V starih časih, ko so bile zahteve proizvodnje zmanjšane predvsem na potrebe po gradbeni opremi, je nauk o tako imenovanih najpreprostejših strojih (blok, vrata, vzvod, nagnjena ravnina) in splošni nauk o ravnotežju teles (statika). Utemeljitev načel statike je že v delih enega velikih starodavni znanstveniki Arhimed (287-212 pr. n. št.).

Razvoj dinamike se začne veliko kasneje. V XV-XVI stoletju sta nastanek in rast meščanskih odnosov v državah zahodne in srednje Evrope spodbudila pomemben razmah obrti, trgovine, plovbe in vojaških zadev (pojav strelnega orožja), pa tudi pomembne astronomska odkritja. Vse to je prispevalo k kopičenju velike količine eksperimentalnega materiala, katerega sistematizacija in posplošitev sta v 17. stoletju privedli do odkritja zakonov dinamike. Glavni dosežki pri ustvarjanju temeljev dinamike pripadajo briljantnim raziskovalcem Galileju Galileju (1564-1642) in Isaacu Newtonu (1643-1727). V Newtonovem eseju »Matematični principi naravne filozofije«, objavljenem leta 1687, so bili osnovni zakoni klasične mehanike (Newtonovi zakoni) podani v sistematični obliki.

V 18. stoletju začne se intenziven razvoj analiznih metod v mehaniki, t.j. metode, ki temeljijo na uporabi diferencialnega in integralnega računa. Metode reševanja problemov dinamike točk in togega telesa s sestavljanjem in integracijo ustreznih diferencialne enačbe jih je razvil veliki matematik in mehanik L. Euler (1707-1783) iz drugih študij na tem področju najvišjo vrednost za razvoj mehanike so bila dela izjemnih francoskih znanstvenikov J. D'Alembert (1717-1783), ki je predlagal svoj znani princip za reševanje problemov dinamike, in J. Lagrange (1736-1813), ki je razvil splošno analitično metoda za reševanje dinamičnih problemov, ki temelji na d'Alembertovem principu in principu možnih premikov. Trenutno so analitične metode za reševanje problemov glavne v dinamiki.

Kinematika se je kot posebna veja mehanike pojavila šele v 19. stoletju. pod vplivom zahtev razvijajočega se strojništva. Trenutno je kinematika velikega neodvisnega pomena za preučevanje gibanja mehanizmov in strojev.

V Rusiji so na razvoj prvih študij mehanike močno vplivala dela briljantnega znanstvenika in misleca M. V. Lomonosova (1711-1765), pa tudi delo L. Eulerja, ki je dolgo živel v Rusiji. delal na Sanktpeterburški akademiji znanosti. Od številnih domačih znanstvenikov, ki so pomembno prispevali k razvoju različnih področij mehanike, je treba najprej omeniti naslednje: M.V. Ostrogradski(1801-1861), ki je imel v lasti številne pomembne študije o analitične metode reševanje problemov mehanike; P.L. Chebyshev (1821-1894), ki je ustvaril novo smer v preučevanju gibanja mehanizmov; S.V. Kovalevskaya (1850-1891), ki je rešil enega najtežjih problemov v dinamiki togega telesa; A.M.Ljapunov(1857-1918), ki je dal strogo formulacijo enega temeljnih problemov mehanike in celotnega naravoslovja - problema stabilnosti ravnotežja in gibanja in ga najbolj razvil. splošne metode njene odločitve; I. V. Meshchersky (1859-1935), ki je veliko prispeval k reševanju problemov v mehaniki teles s spremenljivo maso; K. E. Tsiolkovsky (1857-1935), avtor številnih temeljnih študij o teoriji reaktivni pogon; A. N. Krylov (1863-1945), ki je razvil teorijo ladje in veliko prispeval k razvoju teorije žiroskopa in žiroskopskih instrumentov.

Posebej pomembna za nadaljnji razvoj Mehanika v naši državi je imela dela N.E. Žukovskega (1847-1921), ki je postavil temelje letalske znanosti, in njegovega najbližjega učenca, ustanovitelja plinske dinamike, S.A. Chaplygina (1869-1912). Značilna lastnost Ustvarjalnost N. E. Žukovskega je bila uporaba mehanskih metod pri reševanju trenutnih tehničnih problemov, kar ponazarjajo številna njegova dela o dinamiki letal, teorija hidravličnega udara v ceveh, ki jo je razvil itd. Velik vpliv Ideje N. E. Žukovskega so vplivale tudi na poučevanje mehanike v višjih tehničnih izobraževalnih ustanovah.

3. Osnovne sestavine teoretične mehanike

TM=OF+T+M,

kjer je TM teoretična mehanika;

OF - njegova dokazna dejstva;

T - terminologija;

M - metodologija.

M = MM= M.O.+ M.T.,

kjer so MM različni matematični mostovi, ki zagotavljajo špekulativne (za mizo) prehode iz matematične opise nekatera dejstva teoretične mehanike drugim;

MO - matematične operacije;

MT - mnemonika (mnemonika) - niz sistemov zapisov, pravil, tehnik in drugih stvari, ki olajšajo zapomnitev potrebnih informacij.

Teoretična mehanika je strnjena izkušnja človeštva na področju mehanskih pojavov.

4. Primeri podpornih dejstev teoretične mehanike

4.1 Pravilo ravnotežja med ročico in zlato pravilo mehanike

Pravilo ravnotežja vzvoda so oblikovali Aristotel (384-322 pr. n. št.) in njegovi učenci v razpravi »Mehanski problemi«.

Razprava ima 36 poglavij. Predmet obravnave je veslaško veslo, krmilo in jadro; vitel, metalni stroj in kolo voza; klin, sekira, tehtnica; upoštevana je tehtnica obremenjenega bloka in druge naprave tistega časa, do raznih klešč (medicinskih, za orehe). Obravnava problemov se začne s splošnim teoretičnim rezultatom, predstavljenim v prvem poglavju: »Premična obremenitev je v razmerju do gibljive obremenitve, ki je inverzna razmerju dolžin krakov, kajti vedno, čim dlje je nekaj od oporišče vzvoda, lažje se premika.«.

Pravilo ravnotežja vzvoda pri ustvarjanju strojev in naprav je široko uporabljal Arhimed ( 287-212 pr. Kr.).

Pri Aristotelu in Arhimedu lahko vidimo začetke kinematične metode pristopa k reševanju problemov statike (prototip današnje« Načelo možnih gibov») . V bolj razviti obliki se to vidi v"Knjiga Karastun" arabski znanstvenik VIII stoletje Thabit Ben Kura. Praktično jazJasno predstavitev zlatega pravila mehanike v izrazih in literarnem slogu tistega časa najdemo v razpravi« O znanosti o mehaniki» (1649) Galileo Galilei –"Razdalje, ki bi jih telesa prepotovala v enakih časovnih obdobjih, so med seboj obratno povezane z njihovo težo."

Človeštvo še vedno uporablja ta temeljna pravila, v katera še nihče ni dvomil. Takšni znanstveni rezultati so podporna dejstva teoretične mehanike.

4 .2 . O večnih gibalih

Eno izmed pogosto uporabljenih podpornih dejstev teoretične mehanike danes je »Zakon o ohranitvi popolnega mehanska energija" Njegov videz je v veliki meri posledica prevladujočega razpoloženja v družbi za ustvarjanje "večnih gibalcev".

Ideja o možnosti ustvarjanja " perpetuum mobile« se je pojavil v 12. stoletju. Indijski matematik in astronom Bhaskar Acharya (1114-1185) ga omenja v svoji razpravi. Roger Bacon (1214-1292) je spodbujal delo pri ustvarjanju strojev za večno gibanje. Do danes se je ohranila "Knjiga risb" (1235-1240) francoskega inženirja in arhitekta Villarda d'Honnecourta, kjer je predlagan večni gibalni stroj v obliki kolesa s kladivi, pritrjenimi na njegov rob.

O nezmožnosti ustvarjanja večnega gibalca na podlagi znanstvenih podatkov tistega časa (ki so tako kot danes temeljili na eksperimentalnih podatkih) so izrazili svoje mnenje številni ugledni znanstveniki: Leonardo da Vinci (1452-1519): »Iskalci perpetual mobile, ki ste toliko praznih idej spustili v svet! Cardano (1501-1576): "Nemogoče je izdelati uro, ki bi se sama navijala in dvigovala uteži, ki premikajo mehanizem." Galileo (1564-1642): »Stroji ne ustvarjajo gibanja; samo preoblikujejo. Kdor upa drugače, ne razume nič o mehaniki.” Približno enake izjave najdemo v delih Stevina (1548-1620) in Wilkinsa (1599-1658).

Začetki moderne znanstveno utemeljitev Huygens (1629-1695) opisuje nesmiselnost dela pri ustvarjanju večnih gibalcev: "Telo se pod vplivom gravitacije ne more dvigniti nad višino, s katere je padlo." Pomikanje nadaljevali bomo z imeni znanstvenikov, ki so pisali o nesmiselnosti prizadevanj za izum perpetuum mobile, za zdaj pa dve izjavi:

Eksperimentalni in teoretični podatki ter predrznost »izumiteljev« večnih gibalcev so leta 1775 prisilili pariško akademijo znanosti, da je sprejela uradno resolucijo, da odslej »ne bo upoštevala nobenega stroja, ki daje večni gib«, ker »ustvarjanje večni gibalnik je absolutno nemogoč«;

In vendar, kljub jasnosti, ki je dozorela v družbi glede obravnavanega vprašanja, po podatkih britanskega patentnega urada od 1850 do 1903. oddanih je bilo približno 600 vlog za večne giblje; Podobno sliko so opazili tudi v drugih državah. Zadeva z izumitelji večnih gibalcev žal ni enostavna. Oni srečamo še danes dan deset konkretni primeri od osebno življenje Avtor teh vrstic lahko tudi citira.

Bili so primeri (npr.Johann Orfireus – XVIII stoletje; John Keeley - 19. stoletje), ko je bilo mogoče intelektualni del družbe prepričati o nasprotnem (med njimi je bil celo car Peter Veliki), a se je vedno izkazalo, da so bili ti »ustvarjalci« večnih gibalcev prevaranti.

Naj opozorimo: vprašanje ni bilo preprosto. Zdaj obstajajo jasna kvantitativna merila, ki omogočajo razlago nesmiselnosti dela pri ustvarjanju "perpetuum mobilni ». Tega takrat še ni bilo - koncepti in kvantitativne značilnosti, ki se trenutno uporabljajo (potencialne in kinetične energije, kinetični potencial; konzervativni in nekonservativni sistemi), so bili razviti samo za sredi 19 V.; celo izraz "energija" je šele leta 1807 uvedel T. Young (1773-1829), vendar je prišel v uporabo kasneje - zahvaljujoč prizadevanjem W. Rankine (1820-1872) in W. Thomson-Kelvina (1824 - 1907).Še več, zakon o ohranjanju mehanske energije je le napol rešil problem; popolnoma zaprta je bila šele po tem, ko so postali znani mehanski ekvivalent toplotne energije (4190 Nm / kcal) in drugi rezultati S. Carnota (1796-1832), R. Mayerja (1814-1878), D. Joula (1818) -1889 ) in številni drugi znanstveniki 19. stoletja. – ko se je zakon o ohranitvi energije pojavil v širšem pomenu, ki poleg kinetične in potencialne upošteva tudi toplotno, magnetno, električno, zvočno in svetlobno energijo.

4.3. O zakon enakosti akcije in reakcije

Akcija in reakcija tvorita sistem nasprotujočih si sil.

Pri konstruiranju teorije se to podporno dejstvo običajno sprejme kot jasen aksiom.

Včasih pravijo: " Aksiom - sprejeto stališčebrez dokazov» . Takih izjav ni mogoče šteti za uspešne.

1654 Magdeburg. Burgomaster Otto von Guericke demonstrira lastnost vakuuma - izkušnja, ki je postala virusna v vseh razvitih državah sveta: dve bakreni votli hemisferi sta med seboj povezani vzdolž površine ekvatorialnega obroča; zrak se črpa iz notranje votline nastale sferične lupine (skozi pipo); polkrogle lupine raztezajo (in ne morejo ločiti) dveh osmih konjev (t .e ne osem proti enemu, ali dvema ali štirim, ampak osem proti osmim).

Še danes spremljamo ljudska tekmovanja v vlečenju vrvi. In v tem primeru je iz neposrednih opazovanj potreba po enakosti števila nasprotnikov na obeh koncih vrvi jasna vsem.

Veljavnost zakona reakcije lahko opazimo tudi na primeru enakih deformacij blažilnih vzmeti dveh medsebojno delujočih vagonov (tako med njunim spajanjem kot med premikanjem vlaka).

Človeštvo uporablja zakon protiukrepov nič manj kot tri stoletja. Vsekakor že v »Matematičnih principih naravne filozofije« (I. Newton, 1687) najdemo: »Akcija ima vedno enako in nasprotno reakcijo, z drugimi besedami: medsebojni vplivi dveh teles drug na drugega so enaki in usmerjeni v nasprotnih smereh. Če nekaj pritisne na nekaj drugega ali ga vleče, potem to samo pritisne ali vleče slednje. Če nekdo pritisne s prstom na kamen (tu Newton ponavlja razmišljanje G. Galileja), potem tudi njegov prst pritisne kamen. . Če konj vleče kamen, privezan na vrv, pa spet nazaj ... ga z enakim naporom vleče proti kamnu.”

Akcijske in reakcijske sile so lahko kontaktne (iz neposrednega stika teles) in se prenašajo preko polj – gravitacijskega, magnetnega, električnega, elektromagnetnega itd. NaprejI. Newton piše:« Glede atrakcij pa lahko zadevo na kratko povem takole ... Naredil sem poskuse z magnetom in železom: če ju postavimo vsako v svojo posodo in pustimo lebdeti na mirni vodi tako, da se posodi dotikata, potem ne nobena niti drugi se ne začne premikati, temveč zaradi enakosti medsebojna privlačnostžile doživljajo enak pritisk in ostanejo v ravnovesju».

Obravnava še enega široko uporabljenega podpornega dejstva teoretične mehanike je zaključena. Ali je mogoče reči, da gre za nekakšno namišljeno teoretično stališče, seveda ne - to je lahko preverljivo? empirično dejstvo, z pozitiven rezultat, ki je prestala stoletja preizkušanja vseh držav in ljudstev.

4.4. O zakon padajočih teles

Odraža se z matematično relacijo

kje s 1 in s 2 - razdalje, ki jih telo prepotuje do trenutkov v času t 1 in t 2 .

V 16. stoletju pravilnost matematične povezave (1), ki predstavlja zakon gibanja padajočih teles in tistih, ki se premikajo po gladkih nagnjenih žlebih, še zdaleč ni bila očitna. Tako je slavni italijanski znanstvenik Giambatista Benedetti (1530 - 1590) v "Knjigi različnih matematičnih in fizikalnih razmišljanj" (1585) verjel, da bi morala biti hitrost padanja svinčene krogle 11-krat večja od hitrosti lesene, Reno Descartes pa v njegovi zapiski približno 1620 so podali razmerje

Šele Galileo Galilei (1638) je lahko dokazal pravilnost opisa gibanja prosto padajočih teles in gibanja po nagnjenih žlebih s formulo (1) - v "Pogovorih in matematičnih dokazih ...".

Hkrati ugotavljamo: Galilejevi poskusi z metanjem teles s poševnega stolpa v Pisi (približno 1589-1592) mu niso dali zanesljivih rezultatov - zaradi pomanjkanja natančnih merilnikov za kratka časovna obdobja; vendar je našel izhod iz situacije - prešel je na poskuse z bronasto kroglo, ki drsi po gladkem jarku na nagnjeni pod različne kote do table obzorja.Čeprav so bili časovni intervali še vedno merjeni s količino vode, ki je iztekla iz posode, so se podaljšali za približno 5-15 krat, kar se je skupaj z možnostjo spreminjanja kota deske z žlebom izkazalo za zadostno pridobiti zanesljive eksperimentalne podatke.

Že skoraj 400 let vsi na svetu uporabljajo relacijo (1) in proti njej ni bilo nobenih ugovorov.

4.5. O odkritju osmega in devetega planeta sončnega sistema

Menijo, da je eden najpomembnejših dosežkov nebesne mehanike in s tem teoretične mehanike odkritje planeta Neptun.

Že od nekdaj je znanih šest planetov: Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter in Saturn.

13. marca 1781 je angleški astronom W. Herschel skozi teleskop odkril premikajočo se nebesna krogla svetloba. Sprva ga je zamenjal za komet, vendar so izračuni pokazali, da se odkrito nebesno telo giblje skoraj v krogu in je približno dvakrat dlje od Sonca kot Saturn. Izkazalo se je: to velik planet sončni sistem. Sedmi planet so poimenovali Uran.

Primerjava opazovanega (dejanskega) gibanja Urana s teoretičnim predvidljivo opazno odstopala: leta 1830 - za 20""; leta 1840 - za 1,5"; leta 1844 - za 2".

V tem času so se metode teoretične mehanike izkazale za zelo zanesljive pri napovedih. Zato je bilo predlagano, da obstaja drug planet na večji razdalji od Sonca kot Uran; Pri izračunih je treba upoštevati njegov učinek sile (tako imenovano "motnjo") na Uran.

Z uporabo preprostih opazovanj skozi teleskop je odkritje novega planeta kot iskanje igle v kupu sena. Zato se je pojavila naloga: z metodami teoretične mehanike določiti orbito hipotetičnega osmega planeta.

Francoski astronom Le Verrier (1811-1877) je predlagal, da so teorije Newtona in Kopernika (in metode teoretične mehanike na splošno) pravilne, vendar še en neznani osmi planet, blizu Urana, ni bil upoštevan. Po ustreznih izračunih je Le Verrier nakazal njegovo mesto na nebesni sferi, vendar je zaradi pomanjkanja kakovostne opazovalne opreme to sporočil berlinskemu observatoriju. Na dan prejema pisma (23. september 1846) je nemški astronom Halle na označeni točki nebesne sfere odkril osmi planet sončnega sistema. Poimenovali so jo Neptun.

Leta 1915 je ameriški astronom Lovell (1855-1916) napovedal obstoj še enega planeta v sončnem sistemu. Tudi njegova napoved se je izkazala za preroško – 18. februarja 1930 so jo odkrili. Deveti planet sončnega sistema je bil imenovan Pluton.

Toda zakaj je bil Neptun odkrit takoj, Pluton pa šele 15 let kasneje, ker je Neptun na nebesni sferi videti kot osmi? velikost, Pluton pa je 15. magnitude in ga zaradi nepopolnosti instrumentov in metod za obdelavo slik kopic nebesnih teles na fotografijah dolgo ni bilo mogoče odkriti.

4.6. O periodi nihanja nihala

Ljudje so že dolgo želeli imeti ure, ki so preproste za uporabo. Toda če se je prebivalstvo v vsakdanjem življenju prilagodilo na življenje v odsotnosti natančnih časovnih kazalnikov, potem je bilo nujno treba ustvariti vprašanja vzdrževanja življenja na ladjah. Zato je bil hiter razvoj plovbe v srednjem veku velik materialni spodbujevalni dejavnik za razvoj natančnih in za uporabo enostavnih ur.

Tako se je zgodilo, da je praksa vzela pot ustvarjanja ur z nihalom.

Če govorimo o njihovi zgodovini, lahko omenimo, da je uro v obliki želoda leta 1490 v Nürnbergu izdelal Peter Hele, približno ob istem času pa v Königsbergu Hans Jons.

Toda natančnost tedanjih ur (tako žepnih kot stolpnih) do okoli leta 1660 ni bila zadovoljiva – mudilo se jim je ali zamujalo vsaj eno uro na dan.

In samo zahvaljujoč resnim raziskavam zakonov gibanja nihala je bilo mogoče netočnost ure zmanjšati na nekaj minut, nato pa na sekunde na dan.

Opazno je Galilejevo sodelovanje pri ustvarjanju teorije nihala. Z modeliranjem matematičnega nihala (to je nit, katere zgornji konec je pritrjen, na spodnji pa je pritrjena obremenitev), je obesil kroglice različnih mas in gostot ter pravilno ugotovil neodvisnost obdobja nihanja od teh dejavnikov. . Kar zadeva pojav izohronizma (neodvisnost obdobja nihanja od začetnih pogojev - od začetne kotne koordinate in hitrosti), je tu dobil rezultat, ki je zahteval nadaljnja pojasnila - Galileo je verjel, da nihanja matematično nihalo so izohroni ne samo pri majhnih, temveč tudi pri velikih kotih razpona.

Njegovo raziskovalno delo na področju nihanj nihala je nadaljevala mlajša generacija znanstvenikov. Velik prispevek K izboljšanju točnosti ur sta prispevala Robert Hooke in Thomas Thompson (slednji je bil bolj praktik, pobiral je najnovejše znanstvene dosežke na področju izboljševanja ur in si s tem pridobil sloves najboljšega urarja na svetu tistega časa). ).

Toda največji prispevek k reševanju problema točnosti ure pripada nizozemskemu znanstveniku Christiaanu Huygensu. Zlasti leta 1657 je od nizozemske vlade prejel patent za uro z nihalom s "prostim zagonom", leta 1658 je izdal brošuro "Ure" (s podrobnim opisom njihove zasnove) in pojasnil rezultate Galilejevih raziskav. glede izohronizma nihanj matematičnega nihala, tj. pokazal je, tudi s poskusi, da ni natančnejše formule za določitev obdobja nihanja matematičnega nihala.

Ti eksperimentalni rezultati se popolnoma ujemajo z rezultati, ki jih danes napovedujejo metode teoretične mehanike.

4.7. O zakonu vztrajnosti

To osnovno dejstvo teoretične mehanike je bilo na ogled svetovni znanstveni skupnosti že vsaj 350 let:

Brez jasnih formulacij, vendar je na voljo v »Vprašanjih, ki se nanašajo na knjige fizike« (1545) Španca Dominica Sota (1494-1560);

Jasno formulirano v »Pogovorih in matematičnih dokazih ...« (1638) Galilea Galileja: »Ko se telo premika vzdolž vodoravne ravnine, ne da bi naletelo na kakršen koli upor gibanja, potem ... je to gibanje enakomerno in bi se nadaljevalo v nedogled, če bi ravnina, raztegnjena v vesolje v nedogled";

Christian Huygens jo vsebuje kot "hipotezo" v svoji razpravi "Ura z nihalom ..." (1673);

V "Matematičnih načelih" (1687) je I. Newton uporabljen v obliki aksiomskega zakona: "Vsako telo se še naprej vzdržuje v stanju mirovanja ali enakomernega in pravokotnega gibanja, dokler in razen če ga uporabljene sile ne prisilijo, da to spremeni država.”

V zadnjih 3,5 stoletja se ni pojavil niti en eksperimentalni dokaz, ki bi bil v nasprotju z zakonom vztrajnosti (ki je eno najpomembnejših podpornih dejstev teoretične mehanike).

4.8. O Galilejevem principu relativnosti

Če smo natančni, zakon vztrajnosti ne velja v nobenem referenčnem okviru. Toda obstajajo takšni referenčni sistemi, imenovani inercialni, in veliko jih je. Galilei je bil prvi, ki je to neovrgljivo eksperimentalno dokazal.

»V veliki kabini pod krovom katere koli velike ladje se zaprite z drugimi opazovalci. Uredite ga tako, da so v njem muhe, metulji in druge leteče žuželke ter akvarij, v katerem plavajo ribe. Vzemite tudi posodo z ozkim vratom in nad njo drugo posodo, iz katere bi kapljala voda, ki bi padala v ozek vrat spodnje posode.

In ko ladja miruje, pozorno opazujte, kako bodo te žuželke letele z enako hitrostjo po kabini v kateri koli smeri, videli boste, kako se bodo ribe brezbrižno premikale v smeri katerega koli dela akvarija. Vse kapljice vode, ki padajo, bodo padle v posodo z ozkim vratom, ki stoji spodaj. In ti sam, ko vržeš kateri koli predmet prijatelju, ga ne bo treba vreči z večjo silo v eno smer kot v drugo, razen če je razdalja enaka. In ko začnete skakati z obema nogama iz stoječega položaja, se boste enakomerno premikali v vse smeri.

Ko jasno opazite vse te pojave, poženite ladjo in to s poljubno hitrostjo. Potem, če je samo gibanje enakomerno (brez kotaljenja), ne boste opazili niti najmanjše razlike v vsem, kar je bilo opisano; in po nobenem od teh pojavov, niti po ničemer, kar se zgodi vam samim, ne boste mogli ugotoviti, ali se ladja premika ali stoji: ko skočite, se boste premaknili .... (potem se ponavlja tisto, je bilo napisano zgoraj)."

Opombe. Francesco Ingoli, ki ga omenja Galileo, je bil takrat visoko izobražen človek, strokovnjak za pravo in poliglot, avtor knjige »Razprava o mestu in negibnosti Zemlje, usmerjena proti Kopernikovemu sistemu«, v kateri sklicujoč se na slavnega astronoma Tycha Braheja, govori o eni »izkušnji«, ki potrjuje nepremičnost Zemlje: če ladja pluje hitro, potem kamen, ki pade z vrha jambora, zaostane in pade daleč od vznožja jambora. v proti krmi. V Pismu Ingoliju Galileo navaja, da ne verjame Tychu Braheju. On (Galileo) je prepričan, da Tycho Brahe ni izvajal takih poskusov. On sam, Galileo, je izvajal takšne poskuse in prišel do rezultata, da kamen pade na vznožje jambora. Za vašo informacijo: v takratni znanosti je bilo veliko špekulativnih in namišljenih stvari, ki niso temeljile na eksperimentalnih podatkih, tj. Za razliko od danes je bil v elitnem delu družbe v srednjem veku odnos do izkušenj zaničevalen in aroganten, nedostojna oblika poklica. Galilei v Dialogu o tem piše takole: »Če morajo pridobiti znanje o delovanju naravnih sil, ne bodo sedli v čoln (govorimo o uporu vode) in se ne bodo približali premcu. ali topniško orožje, vendar se bodo umaknili v svojo pisarno in začeli brskati po kazalih in kazalih, da bi ugotovili, ali je imel Aristotel kaj povedati o tem; potem ... ničesar več ne želijo in ne pripisujejo vrednosti temu, kar se lahko naučimo o tem pojavu.«

Torej ima podporno dejstvo teoretične mehanike, ki navaja prisotnost več inercialnih referenčnih sistemov, tudi resno eksperimentalno utemeljitev, potrjeno s tremi stoletji preizkušenega časa.

4.9. O neinercialnost Geocentrični referenčni sistem

Galileo je dokazal: eden od inercialnih referenčnih sistemov je geocentrični (koordinatni sistem, povezan z Zemljo; glej pododdelek 4.8). Praksa pa je dokazala še nekaj: heliocentrični sistem je tudi inercialen (njegov izvor sovpada s središčem mase Osončja, njegove osi pa so usmerjene v zvezde, katerih relativna lega na nebesni sferi nespremenjena tisoče let). Ta referenčni sistem je uporabil Le Verrier in Lovell, ki je teoretično napovedal položaje neznanih, nato odkritih planetov Neptuna in Plutona (tukaj glej pododdelek 4.5). Danes določajo trajektorije s heliocentričnim referenčnim sistemom kot inercialnim okvirjem umetni sateliti Zemlja je tako natančna, da se koordinate satelita na nebesni sferi za nekaj mesecev in celo let vnaprej sporočijo opazovalnicam v samo globus in te napovedi se brezhibno uresničujejo v.

Zamišljeni bralec je opazil nelogičnost: na eni strani obstaja veliko inercialnih referenčnih sistemov in vsi se gibljejo relativno drug glede na drugega, tako da ostajajo njihove osi v času medsebojno vzporedne (tj. če je najprej X 1 X 2 ; Y 1 Y 2 ; Z 1 Z 2, potem se ta paralelizem pojavi kadar koli drugje).

Po drugi strani pa sta geo- in heliocentrični sistem inercialna. Ne moremo pa si pomagati, da ne bi opazili 24-urnega cikla dneva, ki se spreminja v noč, tj. dejstvo je, da se Zemlja glede na heliocentrični sistem ne premika progresivno!

Kaj je narobe? Ali ni opaženo neskladje razloženo z notranjo nedoslednostjo teoretične mehanike? ne! Nasprotno, na prvi pogled opaženo protislovje z najvišji ravni natančnost kvantitativno pojasnjuje teoretična mehanika. Dejstvo je, da je inercialni referenčni sistem ideal, geocentrični in heliocentrični sistem pa le približek temu. Toda kateri od referenčnih sistemov, geo- ali heliocentrični, je bližje idealu inercialni sistem odštevanje? Izkazalo se je: Za veliko večino inženirskih izračunov je dovolj, da vzamemo geocentrični sistem kot inercialni. Če so potrebni natančnejši izračuni, je treba kot inercialni sistem vzeti heliocentrični sistem. Poleg tega se od danes lahko šteje za inercialni referenčni sistem s katero koli stopnjo natančnosti.

Podana trditev ima bogato eksperimentalno podlago.

Če nas vodi zgornja izjava, se izkaže, da pospešek prosti pad telesa ni le 9,81 m/s 2 , ampak je vrednost, ki je odvisna od njegove oddaljenosti od središča Zemlje in zemljepisne širine – na ekvatorju je približno 9,78 m/s 2 , na polu 9,83 m/s 2 .

Leta 1671 je bila Pariška akademija znanosti poslana v Cayenne (ki se nahaja v Južna Amerika, blizu Ekvatorja) akademik Jean Richard, ki je s seboj vzel natančno (za tiste čase) uro z nihalom. V Parizu so hodili natančno, v Cayennu pa so nenadoma začeli sistematično zaostajati - za dve minuti na dan. Jean Richard je tej uri povrnil točnost tako, da je dolžino nihala skrajšal za 2,8 mm.

Po vrnitvi v Pariz (1673) je bila ura spet netočna, s to razliko, da če je prej zaostajala, je zdaj začela hiteti - za isti dve minuti na dan! Po obnovitvi prvotne dolžine nihala je ura spet začela kazati točen čas.

Jean Richard je akademik in seveda tudi to nepričakovano dejstvo postala last znanstvenega sveta. Sprva je bila kršitev točnosti ure pojasnjena s temperaturnimi deformacijami v dolžini nihala (na ekvatorju je povprečna dnevna temperatura višja kot v Parizu). Toda takšne kvalitativne razlage nikakor niso bile skladne z kvantitativno. Nekaj ​​​​časa kasneje je bilo prej opaženo dejstvo pravilno pojasnjeno - z različno velikostjo gravitacijskega pospeška v Parizu in na ekvatorju.

Trenutno obstaja celo področje uporabnega znanja - gravimetrija. Zlasti rešuje probleme napovedovanja nahajališč mineralnih surovin ( železova ruda, tuf, olje itd.) in odkrivanje praznin v zemeljsko površje. Ta metoda znanstvenega napovedovanja, ki je prešla v prakso, temelji na upoštevanju zelo majhnih (približno 9,8∙ 10 -8 m/s 2) odstopanja eksperimentalnih vrednosti pospeška prosto padajočih teles od povprečnih vrednosti, izračunanih ob predpostavki, da Heliocentrični sistem je inercialna.

Če izhajamo iz predpostavke, da je heliocentrični sistem inercialen in upoštevamo vrtenje Zemlje, potem osnovna dejstva in metode teoretične mehanike vodijo do napovedi pojava spremembe ravnine nihanja matematičnega nihala. glede na Zemljo in do zaključka, da bi morala krogla, izpuščena na višino H v odsotnosti vetra, na koncu svoje poti odstopati vzhodno od navpične črte za toliko, kot je določeno s približno formula:

kjer je ψ zemljepisna širina območja; H je višina, m.

Spremembe v ravnini nihanja matematičnega nihala glede na Zemljo je prvič izkustveno dokazal leta 1661 Viviani, nato leta 1833 Bartolini in v letih 1850-1851. Foucault. Če se bralec znajde v Sankt Peterburgu, priporočamo, da se osebno prepriča o vrtenju Zemlje z obiskom Izakove katedrale (višina 101,58 m), v kateri je nameščeno nihalo s periodo približno 20 s, risba s svojim ostrim delom na tleh, posutih s peskom, ustreza, nenehno se obrača (glede na tla) segmente črte.

Nekaj ​​eksperimentalnih podatkov o odstopanjih proti vzhodu od padajočih teles je navedenih v tabeli 1.

Po vsem svetu vojska uspešno rešuje problem »streljanja na tarče«. Žal ne samo na poligonih, ampak tudi v bojnih razmerah. Teorije streljanja temeljijo tudi na predpostavki, da je heliocentrični sistem inercialen in da se Zemlja vrti (okoli severnega pola – Južni pol) z enakomerno kotno hitrostjo, ki ustreza 1 obratu na 24 ur. Tako imenovani "popravek za vrtenje Zemlje" je tudi v topništvu (zlasti v raketni tehnologiji) pri streljanju iz sistemov dolgega dosega enak 150-200 m. Očitno je odveč govoriti, koliko tega Teoretični rezultat je potrjen z izkušnjami.

Tabela 1

4.10. O zunanji balistiki

Ognjeno topništvo se je v Evropi pojavilo v 14. stoletju. Domneva se, da je prvi poskus rešitve problema trajektorije jeder naredil italijanski matematik Niccolo Tartaglia (1499 - 1557).

Galileo je prvi predlagal, da se tirnica središča mase jeder opiše s parabolo. Na podlagi tega je njegov učenec E. Torricelli sestavil prve strelske tabele.

Izvedel ustrezne poskuse in na njihovi podlagi poskušal upoštevati odpornost medija H. Huygens. Z vprašanji zunanje balistike sta se ukvarjala tudi I. Newton in I. Bernoulli.

Benjamin Robins je eksperimentalno raziskoval številne probleme v zunanji balistiki. Njegova knjiga "Novi temelji artilerije" (1742) o nemški prevedel L. Euler (1745) in z uporabo vsebine, ki jo vsebuje eksperimentalno materiala, uvaja dvočlensko formulo za upor (prvi člen je sorazmeren s kvadratom, drugi s četrto potenco hitrosti). Kasneje se omeji le na prvi izraz, na podlagi katerega so bile sestavljene strelske tabele, ki so postale razširjene in so se uporabljale več desetletij.

Od 60. let prejšnjega stoletja. XIX stoletje V evropske vojske so uvedli strelno topništvo. Prvič so ga uporabili leta 1866 med vojno med Prusijo in Avstrijo. Zaradi spremembe oblike projektila (prehod iz jeder v podolgovata telesa) in močnega povečanja hitrosti njihovega leta so stari zakoni upora postali neuporabni.

Da bi ugotovili zakone zračnega upora za podolgovate izstrelke, strokovnjaki izvajajo številna streljanja: v Angliji Bashforth (1866-1870), v Rusiji Mayevsky (1868-1869); Kasneje so takšna snemanja izvajali tudi v drugih državah.

Toda predmet naše obravnave ni zunanja balistika. Pokažemo le: pravilno upoštevanje kvantitativnih značilnosti (v tem primeru uporovnih sil) je vedno potrjevalo visoko napovedno zanesljivost rezultatov, dobljenih na podlagi uporabe podpornih dejstev in metod teoretične mehanike.

4.11. O uporabnih strojniških znanostih

Avtor teh vrstic se strinja z mnenjem majorja sodobni specialist o teoretični mehaniki in njenih aplikacijah A.A. Kosmodemyansky: poglejte vsebino sodobnih učbenikov in monografij o dinamiki letala, teoriji poleti v vesolje, hidravlični izračuni vodovodov, teorija streljanja in bombardiranja, teorija ladij, teorija avtomatskega krmiljenja in še mnogo, mnogo drugih, in jasno vam bo, da osnovna dejstva in metode teoretične mehanike temeljijo na60 do 99 % prave strokovne vsebine teh znanstvenih disciplin – .

Obstaja veliko primerov z bogato zgodovino, podobnih tistim, navedenim v pododdelkih 4.1–4.11. Neprimerljivo več pa jih je vstopilo v teoretično mehaniko neopaženo - pojavili so se, ko je reševanje problemov v mehaniki postalo vsakdanje delo armade strokovnjakov in avtorja podatkov metodološka navodila z občutkom ponosa na svoje akademski predmet navaja: do sedaj ni bila opažena niti ena zavrnitev rezultatov, pravilno napovedano metode teoretične mehanike. Jasno je, da če bi na primer nekdo nenadoma ugotovil, da ∫ xdx ni enako 0,5x 2 +c, ampak dajte 0,5x 3 +c, potem to ne šteje.

5. O terminologiji

Danes je teoretična mehanika, tako kot osnovna geometrija, končni intelektualni izdelek človeštva, ki ima visoke potrošniške lastnosti - jasnost in kratkost predstavitve, nedvoumno razlago, enostavno pomnjenje itd.

A to ni bilo doseženo takoj. Celo Newton (1643-1727) in njegovi sodobniki so brez koncepta "pospeševanja".

Naša naloga ni celovit in širok prikaz zgodovine razvoja terminologije teoretične mehanike. Ampak splošna ideja o tem je treba vedeti. Omejili smo se na eno ilustracijo.

Aristotel je uporabil izraz »teža«, vendar koncept »sile«, ki je danes sprejet, ni obstajal niti pod Galilejem. Leta 1650: v statiki je "sila" teža tovora in napor osebe ali živali, v dinamiki - nekaj, kar vpliva na gibanje, imenovano tudi moč, učinek, dostojanstvo, moment; Poleg tega je beseda "moč" lahko pomenila tudi izraz "zagon" in drugi.

Popolnoma končano nedvoumno razlago koncept "sile" je prejel le v spisih Newtona: "Sila je merilo mehanske interakcije med telesi, ki odvrača dano telo iz stanja mirovanja ali enakomernega in linearnega gibanja"; "Uporabljena sila je dejanje, ki se izvaja na telesu, da spremeni njegovo stanje mirovanja ali enakomernega linearnega gibanja." In dalje: »Moč se kaže le v delovanju in po prenehanju delovanja ne ostane v telesu. Telo nato samo zaradi vztrajnosti še naprej ohranja novo stanje. Izvor sile je lahko različen: od udarca, od pritiska, od centripetalne sile.«

Ko govorimo o zgodovini izboljševanja terminologije, ugotavljamo tudi: metode teoretične mehanike so praviloma z majhnimi koraki napredovale proti svojemu več kot dva tisočletnemu izboljševanju. Primer: danes velja, da je bolj priročno ne "delovna sila" (mV 2), ampak kinetična energija(0,5 mV 2). Toda v več kot dva tisoč letih izpopolnjevanja je terminologija teoretične mehanike (enako velja za tiste, ki se v njej uporabljajo matematične metode) je v svojem razvoju danes prehodila dolgo pot, v kombinaciji z drugimi komponentami teoretične mehanike daje jasnost formulacijam, zagotavlja majhno število in preprostost matematičnih izrazov ter visoko natančnost ocen (seveda z visoka natančnost določenih vrednosti).

6. O metodologiji teoretične mehanike

Metodologija je skupek metod.

metoda (grško) methodos- pot do nečesa) je način za dosego cilja, določen način urejanja resničnosti; način uporabe starega znanja o tehnikah racionalna odločitev podobne naloge pridobiti informacije o novem predmetu ali predmetu raziskave.

V 3. razdelku je že navedeno: metode teoretične mehanike vključujejo predvsem matematične operacije in mnemotehniko.

Matematično operacijo je treba obravnavati kot vsebino, bistvo kvantitativne transformacije, mnemotehniko pa kot različne vrste nosilcev informacij, ki preko elementov človeška čustva(vid, sluh itd.) pravilno odražajo to kvantitativno transformacijo v človeških možganih.

Imenujejo se različni mnemonični elementi (ali njihove kombinacije), namenjeni eni kvantitativni transformaciji enakovredne v njihovi uporabi.

Na primer, enakovredni v uporabi so različni matematični zapisi za vektorski produkt:

V danem primeru so mnemotehnični elementi, enakovredni v uporabi, skoraj enaki glede na čas, porabljen za mentalno asimilacijo kvantitativne transformacije, ki jo opisujejo.

Toda obstajajo mnemonični elementi, enakovredni v uporabi, ki se zelo razlikujejo po času, ki je potreben za mentalno asimilacijo kvantitativnih odnosov, ki jih opisujejo. Predvsem danes poznan dx (uvedel ga je G. V. Leibniz v članku leta 1684) ima nedvomno prednost pred zapisom (uporablja ga Newton).

Ker je omenjeno ime G. V. Leibniza, je treba opozoriti, da so se izrazi, ki jih je uvedel v uporabo, izkazali za tako uspešne, da so svoj pomen ohranili do danes. Ti vključujejo zlasti "funkcije", "koordinate", "algebraične" in "transcendentalne" krivulje; Prvi je uporabil dvojne indekse (a 11, a 12 itd., kar je priročno za označevanje matričnih elementov).

Če ste med študijem kinematike videli simbolV, potem brez nadaljnjega pojasnila menite, da govorimo o linearna hitrost premikajoči se predmet (Vje prva črka latinske besedevelocitas- hitrost); če a , potem upoštevajte, da govorimo o linearnem pospešku predmeta (pospešek– pospeševanje); če sva se srečalaα , β , γ , potem najverjetneje govorimo o nekaterih kotih; čeV B.A. , potem je to hitrost točke B glede na progresivno premikajoči se koordinatni sistem z začetkom v času, ki sovpada s točko A.

Ampak poskusi npr. kotna hitrost označite telesa s črkoπ . Verjetno boste opazili, da vas nihče okoli vas ne razume. Zanjeπ je število enako približno 3,14. Dolgo, dolgo boste morali razlagati in kljub temu v glavah poslušalcev pustiti zmedeno, mučno vprašanje: »Zakaj je bilo to storjeno? Zakaj ne navadenω ? Očitno nečesa ne razumem.”

Tako so Newtonovi "fluksiji" in "fluenti", težko razumljivi in ​​dajejo okorne teoretične konstrukcije, ostali v zgodovini, priročni pa so bili sprejeti algebrski sistemi Leibnizova notacija, diferencial in integralni račun, vektorji, matrike, tenzorji.

Matematični mostovi so nizi matematičnih postopkov, algoritmov, operacij in drugih matematičnih ugodnosti, ki so jih našli znanstveniki in omogočajo, da se za mizo premaknete od enega dejstva teoretične mehanike do drugega.

Metode teoretične mehanike omogočajo, da na podlagi nekaj ducatov podpornih dejstev špekulativno pridemo do drugih znanih mehanskih dejstev (ki se jih je skozi tisočletja nabralo ogromno).

Še več (kar je za obravnavani primer pomembno) uporaba Metode teoretične mehanike omogočajo kvantitativno napovedovanje tistih mehanskih pojavov, ki jih doslej še nihče ni opazoval.

Mednarodno priznani fiziolog I.P. je uspešno spregovoril o vlogi metod v znanosti. Pavlov, matematik G.V. Leibniz, fizik L.D. Landau:

- »Metoda je prva, osnovna stvar«;

- "Na svetu so stvari, ki so pomembnejše od najlepših odkritij - to je poznavanje metode, s katero so bila narejena";

- »Metoda je pomembnejša od odkritja, ker pravilna metoda raziskave bodo vodile do novih, še bolj dragocenih odkritij.«

Osrednja metoda teoretične mehanike je aksiomatično. V zvezi s tem ugotavljamo: aksiomov je veliko in morali bi se znebiti obstoječega napačnega prepričanja, da je teoretično mehaniko mogoče graditi na podlagi končna številka aksiomi (za več podrobnosti glej).

Neproduktivno porabo intelektualnih sil lahko ponazorimo fragmentarno - na primeru zakona paralelograma sil in hitrosti.

Zakon seštevanja hitrosti je poznal že Aristotel (ki ga je imel za zlahka preverljiv naravni zakon). Toda tukaj je majhen seznam znanstvenikov (navedemo imena le največjih), ki so porabili čas za njegove "dokaze": D. Bernoulli (1700-1782), I.G. Lambert (728-1777), J.L. D'Alembert (1717-1783), P.S. Laplace (1749-1827), Duchail (1804), L. Poinsot (1777-1859), S.D. Poisson (1781-1840), O.L. Cauchy (1789-1857), A.F. Mobius (1790-1868), M.V. Ostrogradski (1801-1862), A. Foss (1901), K.L. Navier (1841), V.G. Imšenetski (1832-1892).), J.G. Darboux (1842-1917), H.S. Golovin (1889), N.E. Žukovski (1847-1921), F. Schur (1856-1932), G. Gamel (1877-1954), A.A. Friedman (1888-1925) in drugi.

Reference

1. Ozhegov S.I. Slovar Ruski jezik / S.I. Ozhegov, N.Yu. Švedova. - M .: Az, 1995. - 908 str.

2. Tyulina I.A. Zgodovina mehanike / I.A. Tyulina, E.N. Rakčejev. - M.: MSU, 1962. - 229 str.

3. Moiseev N.D. Eseji o razvoju mehanike. - M.: MSU, 1961. - 478 str.

4. Brodyansky V.M. Večni gibalnik - prej in danes - M. Energoatomizdat, 1989. – 256 str.

5. Kosmodemyansky A.A. Teoretična mehanika in sodobna tehnologija. - M .: Izobraževanje, 1969. - 256 str.

6. Ogorodova L.V. Gravimetrija: Učbenik.za univerze / L.V. Ogorodova, B.P. Shimbirev, A.P. Juzefovič. - M.: Nedra, 1978. - 326s.

7. Grushinski N.P. Gravitacijsko izvidovanje / N.P. Grušinski, N.B. Sazhina.- M.: Nedra, 1988. - 364 str.

8. Zgodovina mehanike (od starogrških časov do konca 18. stoletja) /Pod obč. izd. A.T. Grigoryan in I.B. Pogrebyssky. - M.: Nauka, 1971. - 298 str.

9. Grigoryan A.T. Zgodovina mehanike trdnih snovi / A.T. Grigorjan,

Mehanika je veda o gibajočih se telesih in interakcijah med njimi med gibanjem. V tem primeru je pozornost namenjena tistim interakcijam, zaradi katerih se je gibanje spremenilo ali je prišlo do deformacije teles. V tem članku vam bomo povedali, kaj je mehanika.

Mehanika je lahko kvantna, aplikativna (tehnična) in teoretična.

1. Kaj je kvantna mehanika? To je veja fizike, ki opisuje fizikalni pojavi in procesi, katerih delovanje je primerljivo z vrednostjo Planckove konstante.
2. Kaj se je zgodilo tehnična mehanika? To je znanost, ki razkriva princip delovanja in strukturo mehanizmov.
3. Kaj je teoretična mehanika? To je znanost o gibanju teles in splošnih zakonih gibanja.

Mehanika proučuje gibanje vseh vrst strojev in mehanizmov, letala in nebesna telesa, oceanske in atmosferske tokove, obnašanje plazme, deformacijo teles, gibanje plinov in tekočin v naravne razmere in tehnični sistemi, polarizacijski ali magnetizirajoči medij v električnih in magnetna polja, stabilnost in trdnost tehničnih in gradbenih objektov, gibanje zraka in krvi po žilah skozi dihala.

Newtonov zakon je temeljni; uporablja se za opis gibanja teles s hitrostmi, ki so majhne v primerjavi s hitrostjo svetlobe.

V mehaniki obstajajo naslednji oddelki:

• kinematika (o geometrijskih lastnostih gibajočih se teles brez upoštevanja njihove mase in delujočih sil);
• statika (o iskanju teles v ravnovesju z zunanjimi vplivi);
• dinamika (o gibajočih se telesih pod vplivom sile).

V mehaniki obstajajo koncepti, ki odražajo lastnosti teles:

• materialna točka (telo, katerega dimenzije lahko zanemarimo);
• absolutno togo telo (telo, v katerem je razdalja med vsemi točkami konstantna);
• kontinuum (telo, katerega molekularna struktura je zanemarjena).

Če lahko rotacijo telesa glede na središče mase v pogojih obravnavanega problema zanemarimo ali se giblje translatorno, je telo enačeno z materialna točka. Če ne upoštevamo deformacije telesa, ga je treba šteti za absolutno nedeformabilnega. Pline, tekočine in deformabilna telesa lahko obravnavamo kot trdne medije, v katerih delci neprekinjeno zapolnjujejo celotno prostornino medija. V tem primeru se pri proučevanju gibanja medija uporablja aparat višja matematika, ki se uporablja za zvezne funkcije. Od temeljni zakoni narave - zakonom o ohranitvi gibalne količine, energije in mase sledijo enačbe, ki opisujejo obnašanje zveznega medija. Mehanika kontinuuma vsebuje več samostojnih razdelkov - aero- in hidrodinamika, teorija elastičnosti in plastičnosti, plinska dinamika in magnetna hidrodinamika, atmosferska dinamika in vodna površina, fizikalna in kemijska mehanika materialov, mehanika kompozitov, biomehanika, vesoljska hidroaeromehanika.

Zdaj veste, kaj je mehanika!