Temat 1: Historia mechaniki
1.1 Wstęp www
Mechanika jest działem fizyki zajmującym
się badaniem ruchu ciał materialnych tj. przemieszczeniami jednych ciał lub
cząstek względem drugich i przyczynami powstawania tych zjawisk.
Ponieważ ruch jest najprostszym i najłatwiejszym do zaobserwowania zjawiskiem
w przyrodzie, mechanika rozwinęła się najwczesniej ze wszystkich działów
fizyki i dopiero na podstawie otrzymanych przez nią wyników nastąpił rozwój
pozostałych działów tej nauki.
Mechanika ogólna, zwana również mechaniką
teoretyczną lub techniczną, (w ogólnym znaczeniu) to całoŚć tych działów mechaniki, w których mają zastosowanie
prawa Newtona.
Mechanika ogólna jest więc podstawową dyscypliną do badania stanu równowagi
ciała doskonale sztywnego (nieodkształcalnego). Mechaniką
ciał stałych odkształcalnych zajmują się takie działy mechaniki technicznej
jak: wytrzymałoŚć materiałów, teoria sprężystoŚci, teoria plastycznoŚci, reologia. Podobnie badaniom
ruchów cieczy i gazów zajmuje się mechanika płynów, która w ramach hydromechaniki
zajmuje się badaniem ruchu cieczy, a w ramacha aeromechaniki, badaniem ruchu
gazów. Mechanika ogólna jest więc Ścisle związana z wymienianymi dyscyplinami wiedzy inżynierskiej
o charakterze podstawowym i stanowi pierwszy dział tej wiedzy, którego pominięcie
wykluczałoby możliwoŚć studiów nad dalszymi jej działami.
Mechanika techniczna, (w Ścislejszym znaczeniu)
to zbiór zagadnień z mechaniki ciał i punktów materialnych przystosowany
dla potrzeb techniki.
Mechanika techniczna składa się z trzech działów. Pierwszy obejmuje statykę,
drugi kinematykę, trzeci dynamikę.
- STATYKA, zajmuje się przekształcaniem
oraz równowagą układów sił.
- KINEMATYKA, zajmuje się ruchem ciał materialnych niezależnie od przyczyn, które go wywołują.
- DYNAMIKA, rozpatruje zachowanie się ciał materialnych w zależnoŚci od działających na nie sił.
1.2. Trochę historii
Początki rozwoju mechaniki jako nauki Ścisłej
sięgają już czasów starożytnego Babilonu, Grecji i Egiptu. Pierwsze naukowe
podstawy mechaniki zawdzięczamy uczonym greckim, w szczególnoŚci Arystotelesowi, a zwłaszcza Archimedesowi. WłaŚciwy rozwój mechaniki rozpoczął się jednak dopiero
w czasach nowożytnych. Przyczyniło się do tego w dużej mierze odkrycie Mikołaja
Kopernika.
Poniżej podano nazwiska uczonych, którzy zajęli trwałe miejsce w historii
mechaniki.
- Arystoteles (384 - 322 p.n.e.) i Archytas z Tarentu - prace
ich dotyczyły maszyn prostych stosowanych w technice uzbrojenia i w budownictwie.
- Archimedes (287-212 p.n.e) - okrslił prawa składania i rozkładania sił równoległych, teorię dźwigni oraz okreŚlił Środki geometryczne różnych figur geometrycznych i brył.
- Ptolemeusz - Klaudiusz (II w n.e.) do czasów Leonarda da Vinci - zastój w rozwoju mechaniki.
- Leonardo da Vinci (1452 - 1519) - zajmował się zagadnieniami dotyczącymi równi pochyłej, tarcia i bloków. Sformułował prawa równoległoboku i wprowadził pojęcia momentu siły.
- MIKOŁAJ KOPERNIK (1473 - 1543) - napisał słynne dzieło "De Rvolutionibus Orbium Coelestrium", twórca zasady równoważnosci ruchów względnych w układzie heliocentrycznym.
- Galieo Galilei (Galileusz) (1564 - 1642) - wprowdził pojęcie przyspieszenia, opracował prawo bezwładnoŚci, prawa ruchu w polu ciężkoŚci, zasady zachowania prac w maszynach prostych, rozwiązał problem wahadła itd.
- Johan Kepler (1571 - 1630) - sformułował trzy prawa ruchu planetarnego.
- Descarte Rene (Kartezjusz) - 1596 - 1650) - wprowadził prostokątny układ osi współrzędnych, zasadę prac virtualnych i rozwiązania rachunkowe zagadnień statycznych.
- Christian Huygenes (1629 - 1695) - wprowadził okreŚlenie pojęcia reakcji, opracował teorię wahadła fizycznego i rewersyjnego, przyspieszenia w ruchu krzywoliniowym oraz uderzeniea sprężystego.
- ISAAC NEWTON (1642 - 1727 - wielka postać
mechaniki) - zebrał i uporządkował naukę mechaniki w epokowym dziele
"Philosophiae naturalis principia mathematica ", wydanym w 1687r. w Londynie,
dając podstawy mechaniki klasycznej opartej Ścisle
na faktach doŚwiadczalnych.
Odkrył prawa powszechnego ciążenia i klasycznej dynamiki. Jego rozwiązania
dotyczą mechaniki punktu i układu swobodnego.
- Pierre Varigon (1654 - 1722) - zakończył opracowywanie praw statyki.
- Jan Bernoulli (1667 - 1748) - wprowadził pojęcie energii kinetycznej i metody jej zastosowania.
- Michał Lomonosow (1711 - 1765) - twórca zasady zachowania masy.
- Leonard Euler (1701 - 1783) - wprowadził analityczne metody rozwiązania zagadnień ruchu, mechaniki ciała sztywnego, obrotu ciała sztywnego wokół punktu nieruchomego itp.
- Jean D'Alambert (1717 - 1783) - odniósł prawa statyki do dynamiki.
- Ludwig Lagrange (1737 - 1813) - twórca mechaniki analitycznej.
- Pierre Laplace (1743 - 1827) - zajmował się mechaniką ciał niebieskich.
- Michał Ostrogradzki (1801 - 1861) i Wiliam Hamilton (1805 0- 1865) - twórcy zasad wariacyjnych.
Współczesni uczeni zasłużeni w rozwoju mechaniki: J.Buchholc, G.K. Susłow,
L. Łojciański, G.Łurie, J.W. Mieszczerski. Wsród polskich uczonych: Maksymilian Tytus Huber i Stefan Banach.
Okazało się, że mechanika newtonowska (mechanika
klasyczna) jest własciwie przybliżeniem słusznym w przypadkach
niezbyt wielkich prędkoŚci i nie utraciła więc
nic ze swego znaczenia, pozostając nadal podstawą nauk fizycznych oraz technicznych
nauk stosowanych.
Dalszym rozszerzeniem mechaniki jaest mechanika kwantowa, którą zapoczątkowali:
Max Planck (1858 - 1947), Erwin Schrodinger (1887 - 1961), Paul
Dirac (ur. 1902).
Twórcą mechaniki
relatywistycznej opartej na teorii względnoŚci jest Albert Einstein
(1879 - 1955).
Mechanika relatywistyczna dotyczy prędkoŚci
zbliżonych do prędkoŚci Światła
i mas zbliżonych do mas atomowych.