ztm1 (850175), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2. Об уровне совершенства и опытно-экспериментальной обоснованности теоретической механики
Теории бывают различного уровня (в 1-м, 2-м и т.д., n-м приближениях к совершенству) и, поэтому, обладают различной доверительностью к предсказываемым результатам. И не случайно в жизни часто слышны высказывания (в общем правильные): «настоящий инженер должен верить своему глазу больше, чем любой формуле» (так, ведя речь о возможных некорректностях в теоретических предсказаниях, высказывался выдающийся кораблестроитель и математик А.Н.Крылов); «мать достоверности – опыт»
12
(писал известный итальянский живописец, скульптор, архитектор и инженер Леонардо да Винчи); «наука дышит одним воздухом – кислородом фактов» (физиолог В.В.Парин).
В связи с этим, заметим: теоретическая механика – это спрессованный опыт Человечества (в области движений и взаимодействий тел механических систем). И если результаты какого-либо отдельного эксперимента (наблюдения) окажутся, вдруг, противоречащими результатам, предсказываемым теоретической механикой, что иногда встречается в жизни, то с полной уверенностью можно утверждать: встретилась некорректная постановка опыта (или некорректная трактовка его результатов). И не случайно, поэтому, среди специалистов распространена поговорка: «Если опыт противоречит классической теории, тем хуже для него».
Краткие сведения об истории развития теоретической механики изложены в следующем подразделе. Здесь же заметим лишь, что длительность процесса совершенствования теоретической механики насчитывает несколько тысячелетий. В частности, в древнегреческом трактате «Механические проблемы» Аристотеля (годы жизни: с 287-го по 212-й до новой эры) содержится такой высокий уровень обобщения наблюдённых Человечеством явлений как «закон равновесия рычага», т.е. с полной уверенностью можно говорить, что теоретическая механика - классическая теория (зародившаяся в античные времена).
При пересмотрах теорий главной задачей является объединение в единое целое как можно большего количества ставших известными фактов. Если оценочно считать, что понятия, связи между ними и переходные мостики от одних из этих связей к другим пересматриваются каждым поколением (один раз в 20 лет), то можно сказать, что теоретическая механика является теорией не менее сотого уровня совершенства. В этом плане интересно высказывание гениального английского учёного И.Ньютона (1643-1727), чей вклад в теоретическую механику наиболее весом и признан: «И если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов» («гигантами» он назвал выдающихся своих предшественников).
3. Об истории развития теоретической механики
История развития и становления теоретической механики – это отдельный предмет. Краткие сведения о наиболее значительных научных достижениях учёных-механиков можно найти в литературном источнике [1]. Основательное же его изучение рекомендуем начинать (после освоения данного «Курса») с литературы [2-7]. Здесь ограничимся лишь перечислением основных периодов развития механики:
13
1. Донаучный – заканчивается 4-м веком до н.э.; характеризуется живым созерцанием и накоплением материала, который ещё не подвергается существенной абстрактно-теоретической обработке;
2. Элементарный период – заканчивается серединой 17-го столетия; характеризуется рассмотрением простых видов механического движения, слабыми методами исследования и наличием несовершенных теорий («слабыми» и «несовершенными» с позиций сегодняшнего дня);
3. Период формирования современных понятий и формулировок законов – заканчивается 30-ми годами 18-го столетия; характеризуется созданием мощных методов исследования (дифференциального и интегрального исчислений) и построением совершенных теорий;
4. Период триумфального шествия теорий механического движения и преувеличения их значимости в вопросах познания окружающего мира - 18-19 века. В этот исторический период открытия одно за другим «сходят с кончика пера». Характерным в этом смысле является пример предсказания и обнаружения планеты Нептун. Научные успехи в вопросах механики приводят к широкому распространению в обществе ложной точки зрения, заключающейся в том, что все природные явления можно объяснить с позиций законов механического движения. Такая система взглядов, во многом оказавшая отрицательное влияние на развитие науки вообще, получила название «механицизм».
5. Период формирования теоретических основ различных прикладных вопросов механики –– появляются теория механизмов и машин, теория уравновешивания роторов, теория колебаний, теория устойчивости, теория гироскопов, ракетодинамика, механика сплошной среды, робототехника и другие. Заканчивается примерно 1970-м годом.
6. Современный период – характеризуется появлением мощного метода исследований с помощью компьютерной техники, позволившей существенно расширить классы решаемых практических задач.
4. О важности теоретической механики и главной цели, преследовавшейся авторами при построении данного «Курса»
В 1613 году английский учёный Бернеби Ричу писал: «Одна из болезней нашего века – многочисленность книг; они так заполонили мир, что нет никакой возможности переварить это» [8]. Полтора века назад на 25-ти страницах своих «Плодов раздумий» Козьма Прутков, подчёркивая важность мысли, шесть (!) раз повторил: «Нельзя объять необъятное».
Сегодня объём накопившейся и новой информации несравненно больший: если в 19-м веке было выпущено 6,1 миллиона книг различных наименований, то 20-й век подарил Человечеству 50 миллионов различающихся по названиям книг.
14
Если в течение 70 лет ежедневно прочитывать по книжке (один день – «Войну и мир» Толстого Л.Н., второй –«Аналитическую геометрию», третий день – данный «Курс теоретической механики»; и т.д.), то можно одолеть их около 26 тысяч (
), т.е лишь одну из каждых 2200 накопившихся на сегодняшний день.
Но столько никто не читает. Социологи определили, что в среднем за свою жизнь человек прочитывает лишь 600 книг (одну из каждых ста тысяч накопившихся за время существования Человечества) и, если воспользоваться приёмом образности мышления, то относительно накопившихся и вновь появляющихся знаний можно сказать: «В мире накоплен океан информации. В нём вперемежку и рядом, внешне ничем неотличимо, расположены чепуха, ложь и правда. И в этот океан вливается огромный поток новой информации, который подобен реке в половодье - и быстр, и широк, и глубок, и непрозрачен».
Что же делать, как относиться к этому громадному валу знаний, вступающему в жизнь молодому человеку? - Авторы данного «Курса» рекомендуют руководствоваться следующими 3-мя мнениями знаменитых личностей:
французский энциклопедист Жан Жак Руссо – «Злоупотребление чтением убивает науку, создаёт лишь самонадеянных невежд»;
древний грек Эсхил – «Мудр тот, кто знает нужное, а не многое»;
отечественный учёный-естествоиспытатель Тимирязев К.А. – «Надо знать обо всём понемножку, но всё о немногом » .
Для преодоления информационного бума сегодня используют три приёма:
первый – специализация (одни люди хорошо овладевают одними областями знаний, другие – другими, третьи – третьими и т.д.);
второй – в рамках выбранной специальности отдают предпочтение изучению фундаментальных дисциплин; тех, в которых накопленные Человечеством знания содержатся в наиболее концентрированном виде и которые в будущей практической их деятельности оказываются наиболее полезными;
третий приём - обучающихся учат самостоятельно учиться (учат умению получать как субъективно, так и объективно новые знания в сфере конкретной их деятельности; в частности, учат умению находить интересующую информацию и самостоятельно разбираться в ней).
Теоретическая механика – дисциплина фундаментальная. С необходимостью применять содержащиеся в ней знания приходится постоянно сталкиваться не только на производствах, но и в быту; не только инженерам, но и гуманитариям. В частности, чтобы оценить прочность конструктивных элементов построек (коттеджей, гаражей и пр.) приходится определять силы, в том числе и динамической природы.
15
Кроме того, без знания теоретической механики невозможно качественно изучать сопротивление материалов, детали машин, теорию механизмов и машин, подъёмные и транспортные устройства, насосы и вентиляторы, ряд других учебных предметов.
Но и в теоретической механике комплекс содержащихся знаний оказался непомерно широким. Это и обусловило появление данного «Курса». Преследовавшаяся авторами цель при его построении:
помочь студенту освоить минимум содержащихся в теоретической механике знаний, чаще других востребуемых инженером в практической деятельности и который достаточен для того, чтобы специалист без труда был в состоянии расширить свои знания в области теоретической механики – чтобы умел самостоятельно разобраться с тем или иным конкретным примером, в огромном количестве содержащихся в комплексе из нескольких сот накопившихся книг по теоретической механике.
5. О методологии теоретической механики
Методология теоретической механики (иначе: совокупность применяемых в ней методов) – это универсальный набор символов, мнемотехники, правил и мыслительных процедур, несущественно задалживающих память, но позволяющих из нескольких десятков опорных фактов механики быстро получать другие, как известные (накопленные Человечеством в огромном количестве), так и объективно неизвестные связи между механическими величинами.
Если разные методы при приложении к одному комплексу предпосылок приводят к одинаковым результатам, их называют эквивалентными.
Используя приём образности мышления можно сказать: методология – это комплекс строительных материалов, из которых сооружают все мостики перехода от одних механических величин и связей между ними к другим, т.е. методология теоретической механики – это всё то, что позволяет хранить в концентрированном (свёрнутом) виде накопленные Человечеством знания о наиболее общих законах механического движения и механических взаимодействий и, при необходимости, разворачивать эти знания до конкретных частностей, среди которых будут оказываться и объективно новые знания.
Мнемотехника – это приёмы из области искусства запоминания, существенно облегчающие свёртку и хранение (в памяти, книгах, компьютерах и т.п.) больших сгустков информации и обеспечивающих, в случае необходимости, быстрое их воспроизведение (разворачивание). Примеры: если Вы, изучая кинематику, увидели символ V, то без дополнительных пояснений считайте, что речь идёт о линейной скорости движущегося объекта (V – это первая буква от
16
латинского слова velocitas – скорость); если a, то считайте, что речь идёт о линейном ускорении объекта (acseleracio – ускорение); если встретились , , ,
то речь скорее всего идёт о каких-то углах; если VBA , то это скорость точки В относительно поступательно движущейся системы координат с началом во времени совпадающим с точкой А.
О роли методов в науке удачно высказались всемирно признанные физиолог Павлов И.П., математик Лейбниц Г.В., физик Ландау Л.Д. ([9] - c.70, 55, 52):
метод - самая первая, основная вещь;
на свете есть вещи поважнее самых прекрасных открытий, - это знание метода, которым они были сделаны;
метод важнее открытия, ибо правильный метод исследования приведёт к новым, ещё более ценным открытиям.
6. О строении курса
Теоретическую механику принято делить на три раздела: статика, кинематика и динамика.
В зависимости от них известны различные последовательности изложения курса - его могут начинать со статики, с кинематики и с динамики. Наиболее распространена последовательность «статика - кинематика - динамика». Она и принята в данном изложении. По тем причинам, что такой подход:
во-первых, позволяет студентам знания по теоретической механике наращивать мелкими, а потому посильными, не пугающими порциями;
во-вторых, позволяет постепенно продвигаться от простого знания к сложному;
в-третьих, изучение других учебных предметов прежде всего требует знания раздела «Статики»; в частности, без знания этого раздела невозможно изучить курс «Сопротивления материалов».
Получаемые в данном «Курсе» результаты - математические выражения, формулировки правил и условий, методы и приёмы - разделены на две группы значимости: опорные факты и локальные результаты.
Опорные факты - это результаты, служащие инженеру предпосылками, с которых он должен начинать теоретическое исследование той или иной встретившейся ему на практике механической системы.
Содержащееся в «Курсе» разнообразие опорных фактов можно представлять в виде своего рода набора инструментов (по аналогии с теми, которые мы видим у часовых мастеров, или хирургов; у токарей; или слесарей – закрутить винт
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
