Астрономические приборы
Ещё в III веке до н. э. александрийские астрономы использовали для определения координат небесных тел чисто механические устройства.
Впоследствии, в XV и XVI веках, в обиход вошли устройства типа армиллярной сферы, глобуса (земного и небесного), астролябии, диоптра и т. п.
Небесный глобус
астролябия
В эпоху Возрождения высокого совершенства достигло искусство создания и применения весьма точных угломерных инструментов, точность производимых измерений на которых ограничивалась возможностями глаза наблюдателя. Таким образом с помощью точной механики решались те проблемы, в которых в дальнейшем проявила себя оптика. В дальнейшем Тихо де Браге довёл точность измерения координат небесных тел до такого совершенства, что Кеплер смог на основе его данных построить теорию движения планет.
Астрономические приборы
Ещё в III веке до н. э. александрийские астрономы использовали для определения координат небесных тел чисто механические устройства.
Впоследствии, в XV и XVI веках, в обиход вошли устройства типа армиллярной сферы, глобуса (земного и небесного), астролябии, диоптра и т. п.
Небесный глобус
астролябия
В эпоху Возрождения высокого совершенства достигло искусство создания и применения весьма точных угломерных инструментов, точность производимых измерений на которых ограничивалась возможностями глаза наблюдателя. Таким образом с помощью точной механики решались те проблемы, в которых в дальнейшем проявила себя оптика. В дальнейшем Тихо де Браге довёл точность измерения координат небесных тел до такого совершенства, что Кеплер смог на основе его данных построить теорию движения планет.
Кому подходит профессия и где ее получить
Механика – наука для людей с техническим складом ума, умеющих работать руками. Если для инженера второе условие необязательно, поскольку проектировкой занимаются в кабинетах, то для рядового сотрудника со средним образованием навыки обращения с инструментами необходимы. Важна и физическая сила, поскольку многие механизмы массивны. Это одна из причин, по которой механиками становятся в основном мужчины. Если в детстве вам нравились игры-конструкторы, вы увлекались моделированием и всегда интересовались тем, как работают те или иные механизмы, профессия вам наверняка подойдет. В России есть множество ссузов, где можно получить соответствующую специальность. Вот несколько примеров:
- Московский образовательный комплекс им. Виктора Талалихина;
- Санкт-Петербургский техникум отраслевых технологий, финансов и права;
- Центр среднего профессионального образования Санкт-Петербургского государственного политехнического института (технического университета);
- Таганрогский авиационный колледж им. В. М. Петлякова;
- Новосибирский электромеханический колледж;
- Нижегородский автомеханический техникум.
Приборы времени
Переносимые часы производства мастерской Хенляйна в Нюрнберге XVI век, первая половина
Развитие точной механики значительно продвинулось вперёд благодаря изобретению Христианом Гюйгенсом механических маятниковых часов, а также созданию навигационных приборов, секстантов и т. п., что дало толчок к интенсивному мореплаванию и началу эпохи великих географических открытий. Со временем стало модным заключать часовой механизм карманных часов в футляр сферической формы. После этого за такими часами, начало производству которых было положено в Нюрнберге, закрепилось название «Нюрнбергские яйца».
Развитию часового дела способствовала деятельность ремесленников Швейцарии и Германии, где особенно прославились мастера Нюрнберга и среди них изготовитель замков и часов Петер Хенляйн, считающийся создателем безмаятникового часового механизма. В этом же направлении шло создание часов с боем, а также различных механических музыкальных инструментов, в том числе и действующих по заданной программе. К их числу можно отнести кариллон, механическое пианино и уличную шарманку.
В настоящее время часовой механизм является стандартным компонентом профессионального телескопа, находящегося на земной поверхности, позволяющим компенсировать влияние вращения Земли.
Электронное учебное пособие по разделу курса физики Механика
Механика– это раздел физики, который изучает наиболее простой вид движения материи – механическое движение и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Механика состоит из трех разделов: кинематики, динамики и статики. Кинематика дает математическое описание движения, не касаясь причин, которыми вызвано движение. Динамика – основной раздел механики, она изучает законы движения тел и причины, которыми вывзывается движение и его изменение. Статика изучает законы равновесия системы тел под действием приложенных сил. Мы ограничимся изучением двух основных разделов – кинематики и динамики.
Введение
Механика– это раздел физики, который изучает наиболее простой вид движения материи – механическое движение и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Механическое движение – это изменение во времени взаимного расположения тел или частей одного и того же тела. Причиной, вызывающей механическое движение тела или его изменение, является воздействие со стороны других тел.
Развитие механики началось еще в древние времена, однако, как наука она формировалась в средние века. Основные законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564-1642) и английским ученым И. Ньютоном (1643-1727).
Механику Галилея-Ньютона принято называть классической механикой. В ней изучается движение макроскопических тел, скорости которых значительно меньше скорости света с в вакууме. Законы движения тел со скоростями, близкими к скорости света сформулированы А. Эйнштейном (1879-1955), они отличаются от законов классической механики. Теория Эйнштейна называется специальной теорией относительности и лежит в основе релятивистской механики. Законы классической механики неприемлемы к описанию движения микроскопических тел (элементарных частиц – электронов, протонов, нейтронов, атомных ядер, самих атомов и т.д.) их движение описывается законами квантовой механики.
Механика состоит из трех разделов: кинематики, динамики и статики. Кинематика дает математическое описание движения, не касаясь причин, которыми вызвано движение. Динамика – основной раздел механики, она изучает законы движения тел и причины, которыми вывзывается движение и его изменение. Статика изучает законы равновесия системы тел под действием приложенных сил. Мы ограничимся изучением двух основных разделов – кинематики и динамики.
В механике для описания движения в зависимости от условий решаемой задачи пользуются различными упрощающими моделями: материальная точка, абсолютно твердое тело, абсолютно упругое тело, абсолютно неупругое тело, и т.д. Выбор той или иной модели диктуется необходимостью учесть в задаче все существенные особенности реального движения и отбросить несущественные, усложняющие решение.
Материальная точка – это тело обладающее массой, размеры и форма которого несущественны в данной задаче. Любое твердое тело или систему тел можно рассматривать как систему материальных точек. Для этого любое тело или тела системы нужно мысленно разбить на большое число частей так, чтобы размеры каждой части были пренебрежимо малы по сравнению с размерами самих тел.
Абсолютно твердое тело – это тело, расстояние между любыми точками которого остается неизменным в процессе движения или взаимодействия. Эта модель пригодна, когда можно пренебречь деформацией тел в процессе движения.
Абсолютно упругое и абсолютно неупругое тело – это два предельных случая реальных тел, деформациями которых можно и нельзя пренебречь в изучаемых процессах.
Любое движение рассматривается в пространстве и времени. В пространстве определяется местоположение тела, во времени происходит смена местоположений или состояний тела в пространстве, время выражает длительность состояния движения или процесса. Пространство и время –это два фундаментальных понятия, без которых теряется смысл понятия движения: движения не может быть вне времени и пространства.
Примечания
- Богуславский М. Г.,Цейтлин Я. М. Приборы и методы точных измерений длин и углов.- М.,1976.358 с.
- Маликов М. Ф. Основы метрологии. Ч.I.Учение об измерении.- М.,1949.477 с.
- Соболев Е. А.,Шляхтер Л. М. Взаимозаменяемость и технические измерения.- М.; Л.400 с.
- Маталин А. А. Конструкторские и технологические базы. М.;Л.,1959. 176 с.
- Аксельрод З. М. Проектирование часов и часовых систем.- Л., 1981. 328 с
- Аксельрод З. М. Теория и проектирование приборов времени: Учебник.- Л., 1969. 487 с.
- Комментарии к экспонату. Немецкий Музей. Нюрнберг. 2008 год
- Пояснительный текст к экспонатам. Германский национальный музей. Нюрнберг.2008 год
- Дрожжин Разумные машины. 1936
- Тертычный В. Ю. Синтез управляемых механических систем.- Л.,1993.336 с.
- Подлипенский В. С.,Сабинин Ю. А., Юрчук Л. Ю. Элементы и устройства автоматики: Учебник для вузов.- СПб.,1995.472 с.
- Ухов К. С. Навигация: Учебник для вузов.;4-е издание, перераб. и доп.- Л.,1954.448 с.
- Бессекерский В. А., Иванов В. А., Самотокин Б. Б. Орбитальное гирокомпасирование/Под ред. Самотокина Б. Б.- СПб.,1993.256 с
- Богданович М. М.,Ильин П. А. Гироскопические приборы и устройства. Основы теории.- Л.,1961.360 с.
- Сергеев М. А. Наземные гирокомпасы. Теория и расчёт -Л.,1969.231.
- Иванов В. А. Метрологическое обеспечение гироприборов.- М.,1981,160 с.
- Слив Э. И. Прикладная теория инерциальной навигации.- Л.,1972.120 с.
- Лесков Н. С. Левша — повесть, 1881 год
Вычислительная техника
Древнейшим и наиболее примитивным прибором точной механики является абак, дошедший до настоящего времени в виде конторских счёт.
Наиболее древним вычислительным прибором, позволяющим моделировать движение небесных тел, был найденный на дне моря возле греческого острова Антикитера в 1901 году сложнейший механизм, образованный комбинацией шестерёнок. Прибор оказался на морском дне около 85 — 60 года до н. э.. Возможность создания такого механизма при существовавших до сего времени представлениях об уровне техники того времени кажется невероятным. Предположительно прибор использовался для установления даты начала Олимпийских игр. Существует мнение, что это не единственный прибор, являющийся, по существу, аналоговым компьютером. Во всяком случае в I веке до н. э. Цицерон описывал «Сферу Архимеда» как своеобразный планетарий, воспроизводивший движение Солнца, Луны и пяти известных в то время планет.
Старая и современная логарифмические линейки
В 1614 году Джон Непер ввёл в математику понятие логарифма, а в 1617 году изготовил первую логарифмическую линейку, которая позволила механизировать математические действия умножения и деления.
Принято считать, что первый механический счётный прибор типа арифмометра был создан Лейбницом после знакомства с Гюйгенсом в 1683 году. Это позволило механизировать математические действия сложения и вычитания. Так была создана инструментальная база для проведения инженерных расчётов в точной механике и оптике, без принципиальных изменений обеспечивавшая массовые инженерные расчёты вплоть до широкого внедрения в практику во второй половине XX века электронной вычислительной техники.
Работа и механика
Знание физики и механики, в частности, требуется при поиске работы.
Перечислим основные направления, в которых эта наука необходима.
- Механики — тесно связаны с работой с механизмами (автомобили, например).
- Архитекторы — при проектировке и планировании зданий обязаны опираться на физические законы.
- Инженеры — общая отрасль проектировки чего-либо, ранговым специалистам которой необходимо знать, что такое механика, и основные ее принципы.
- Энергетики — профессионалы, изучающие ресурсы и их распределение.
- Электрики — профессия, предполагающая работу с электричеством. Несмотря на то что большинство распределителей энергии (и электричества в том числе) работают в автоматическом режиме, без механического взаимодействия работа сетей невозможна.
- Химики — как бы это странно ни звучало, даже химики имеют связь с физическими воздействиями. И механическими в том числе.
Это далеко не весь список, в мире существуют тысячи специальностей, в которых знания о механике пригодятся. Поэтому перспектива развития этой науки крайне актуальна.
Литература
- Билимович Б. Ф. Законы механики в технике. — М.: Просвещение, 1975. — 175 с.
- Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. 2-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 2000. — 720 с. — ISBN 5-211-04244-1.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 1. Механика. 5-е изд. — М.: Физматлит, 2004. — 224 с. — ISBN 5-9221-0055-6.
- Маркеев А. П. Теоретическая механика: Учебник для университетов. 3-е изд. — М.; Ижевск: РХД, 2007. — 592 с. — ISBN 978-5-93972-604-7.
- Матвеев А. Н. Механика и теория относительности. 3-е изд.. — М.: ОНИКС 21 век: Мир и Образование, 2003. — 432 с. — ISBN 5-329-00742-9.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. 5-е изд. — М.: Физматлит, 2006. — 560 с. — ISBN 5-9221-0715-1.
- ред. Григорьян А. Т., Погребысский И. Б. История механики с древнейших времен до конца XVIII века. — М.: Наука, 1971. — 296 с. — 3600 экз. (в пер., суперобл.)
- ред. Григорьян А. Т., Погребысский И. Б. История механики с конца XVIII века до середины XX века. — М.: Наука, 1972. — 412 с.
Типы механиков
Механик – это обобщенное название целой группы профессии. Он может работать практически в любой отрасли как на крупных промышленных предприятиях, заводах, так и в транспортных авто- и мото- мастерских.
Электромеханик
Это специалист по обслуживанию и ремонту любой электротехники. Он должен обеспечить их бесперебойную работу и функционирование, владеть навыками обслуживания, диагностирования и выполнять ремонт устройств, которые ему вверены.
Автомеханик
Это рабочий, в обязанности которого входит ремонт и техническое обслуживание любого автомобильного транспорта, в том числе грузовые автобусы, мотоциклы. Также он осуществляет контроль за работой автомобиля и его техническим состоянием с помощью специального диагностического оборудования, например, автосканер, динанометр, одометр и другие.
Автомеханик может ремонтировать узлы и агрегаты авто, осуществлять внешний косметический ремонт, например, рихтовку, покраску, шлифовку поверхности. Должен разбираться в электронике и производить ее настройку или ремонт в современных средствах передвижения, в которых установлены бортовые компьютеры.
Слесарь механосборочных работ
Специалист, который разбирается в сфере производства деталей и сборки механизмов – это слесарь механосборочных работ.
Его задача: из деталей, полученных из других цехов, собрать механизм или машину. Для этого выполняется целый комплекс работ:
- изучаются чертежи будущего механизма;
- подготавливаются отдельные детали и узлы;
- проводится их предварительная регулировка и испытание.
Все это требует от слесаря-сборщика знаний, какие свойства у металлов и сплавов, умений работы всеми видами слесарных работ, инструментами и специальным оборудованием, например, сварочный аппарат, шлифовальная машина, паяльник.
Смотрите так же в журнале «KtoTakoi» — Кто такой инженер конструктор?
Механика в Энциклопедическом словаре:
Механика — (от греч. mechanike — искусство построения машин) — наука омеханическом движении материальных тел (т. е. изменении с течением временивзаимного положения тел или их частей в пространстве) и взаимодействияхмежду ними. В основе классической механики лежат Ньютона законы. Методамимеханики изучаются движения любых материальных тел (кроме микрочастиц) соскоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Движения тел соскоростями, близкими к скорости света, рассматриваются в относительноститеории, а движение микрочастиц — в квантовой механике. В зависимости оттого, движение каких объектов рассматривается, различают механикуматериальной точки и системы материальных точек, механику твердого тела,механику сплошной среды. Механика разделяется на статику, кинематику идинамику. Законы механики используются для расчетов машин, механизмов,строительных сооружений, транспортных средств, космических летательныхаппаратов и т. п. Основоположники механики — Г. Галилей, И. Ньютон и др.
В словаре Даля
ж. математика, приложенная к законам равновесия и движения
тел; наука о силе и сопротивлении ей; искусство применять силу к делу и
строить машины; наука выгодного приспособления сил. -нический, -ничный,
к механике относящийся; | физический, основанный на вещественых силах
природы (противопол. динамический); | бессознательный, безотчетный;
невольный, где человек действует как машина. Механическое заведение, где
делают машины. Растительность не механическая сила. Это работа
механическая, рассудка не нужно. Механизм м. машинное устройство.
Механик м. сведущий в механике, машинист, строитель машин. | Фабричн.
моск., механик, меходуй, кто дует мехами.
Примечания
- Богуславский М. Г.,Цейтлин Я. М. Приборы и методы точных измерений длин и углов.- М.,1976.358 с.
- Маликов М. Ф. Основы метрологии. Ч.I.Учение об измерении.- М.,1949.477 с.
- Соболев Е. А.,Шляхтер Л. М. Взаимозаменяемость и технические измерения.- М.; Л.400 с.
- Маталин А. А. Конструкторские и технологические базы. М.;Л.,1959. 176 с.
- Аксельрод З. М. Проектирование часов и часовых систем.- Л., 1981. 328 с
- Аксельрод З. М. Теория и проектирование приборов времени: Учебник.- Л., 1969. 487 с.
- Комментарии к экспонату. Немецкий Музей. Нюрнберг. 2008 год
- Пояснительный текст к экспонатам. Германский национальный музей. Нюрнберг.2008 год
- Дрожжин Разумные машины. 1936
- Тертычный В. Ю. Синтез управляемых механических систем.- Л.,1993.336 с.
- Подлипенский В. С.,Сабинин Ю. А., Юрчук Л. Ю. Элементы и устройства автоматики: Учебник для вузов.- СПб.,1995.472 с.
- Ухов К. С. Навигация: Учебник для вузов.;4-е издание, перераб. и доп.- Л.,1954.448 с.
- Бессекерский В. А., Иванов В. А., Самотокин Б. Б. Орбитальное гирокомпасирование/Под ред. Самотокина Б. Б.- СПб.,1993.256 с
- Богданович М. М.,Ильин П. А. Гироскопические приборы и устройства. Основы теории.- Л.,1961.360 с.
- Сергеев М. А. Наземные гирокомпасы. Теория и расчёт -Л.,1969.231.
- Иванов В. А. Метрологическое обеспечение гироприборов.- М.,1981,160 с.
- Слив Э. И. Прикладная теория инерциальной навигации.- Л.,1972.120 с.
- Лесков Н. С. Левша — повесть, 1881 год
Тяготение.
Представленное выше определение единицы силы, основанное на незыблемых физических принципах, тем не менее, не удобно для практических измерений. Удобнее исходить из понятия веса, т.е. силы притяжения Земли. Согласно закону всемирного тяготения, сформулированному тоже Ньютоном, между любыми двумя телами во Вселенной действует сила притяжения, пропорциональная произведению масс этих тел и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними. Это положение математически выражается соотношением
где G – универсальная гравитационная постоянная, а mG и MG – гравитационные массы тел. Если тела протяженные, то все материальные точки этих тел попарно взаимодействуют друг с другом в соответствии с этой формулой и, чтобы найти полную силу, нужно суммировать все отдельные взаимодействия
В чрезвычайно важном случае тел сферической формы оказывается, что притяжение будет в точности таким, как если бы масса каждого из них находилась в центре сферы
Предположим теперь, что телу с гравитационной массой mG и инертной массой m, удерживаемому не очень высоко над поверхностью Земли, предоставляется возможность свободно падать. Сила тяжести ускоряет тело вниз, и мы имеем
где MG – гравитационная масса Земли, а R – ее радиус. Ускорение падающего тела можно записать в виде
где первый множитель не зависит от свойств тела. Экспериментально установлено, что ускорение несколько изменяется в разных точках на поверхности Земли, поскольку Земля не является идеальной сферой и к тому же вращается. Однако в данном месте оно в точности одно и то же для всех тел. Это означает, что величины m и mG всегда и всюду пропорциональны, а при надлежащем выборе единиц измерения одинаковы. В таком случае нет необходимости различать гравитационную и инертную массы, и выражение для FG приобретает вид
где
Аналогично выражению для ускорения a, ускорение силы тяжести g в любой точке дается формулой
Величина g составляет примерно 9,81 м/с2 и позволяет определить массу Земли (5,97Ч1024 кг) и ее среднюю плотность, в 5,5 раз превышающую плотность воды. Предположим, теперь, что вес тела равен W. Так как сила веса создает ускорение g, соотношение между массой, весом и ускорением приобретает вид
W = mg.
Между экватором и полюсами на поверхности земли величина g изменяется от 9,78 до 9,83 м/с2. Соответственно этому изменяется и вес, но в одной точке вес двух тел с одинаковой массой всегда одинаков, и на этом опытном факте основан гораздо более удобный способ измерения массы и силы, нежели основанный на втором законе Ньютона. Массы двух тел равны, если в одном и том же месте равны их веса.
История развития механики
Процесс развития и становления механики, так же как и иных естественных наук, напрямую связан с историей эволюции общества и его производительных сил. Технографию механики можно условно разделить на несколько основных периодов, которые отличаются характером проблем и способами их решения.
Замечание 1
Эпоху создания первых обязательных орудий производства и искусственных сооружений следует считать началом накопления необходимого опыта и знаний, которые в дальнейшем помогли ученым открыть главные законы механики.
В то время, когда астрономия и геометрия античного мира представляли уже достаточно развитые научные концепции, положения в сфере механики были практически не изучены и относились к самым элементарным случаям равновесия материальных тел. Ранее всех разделов официально зародилась статика. Этот раздел развивался в тесной взаимосвязи со строительным искусством древних народов.
Основное определения статики – понятие мощности и интенсивности– изначально связывали с мускульным усилием, которое происходит посредством давления предмета на руку.
Приблизительно к середине IV в. до н. э. уже были представлены обществу простейшие законы уравновешивания и сложения сил, приложенных к одному объекту вдоль однородной линии.
Задача о рычаге, которая была разработана великим философом Архимедом, вызвала особый интерес у древних мыслителей. Физик установил основные правила разложения и сложения параллельных объектов, дал определение понятия центра тяжести и системы двух грузов, которые были подвешены к одному стержню. Архимеду также принадлежит открытие ключевых законов гидростатики.
Динамические и Кинематические исследования эпохи Возрождения были направлены на точное представление о нестабильном криволинейном движении материальных точек. До этого времени все процессы было принято считать не соответствующими действительности воззрениям Аристотеля, который считал, что для полноценного поддержания равномерного движения тела к необходимо приложить беспрерывно действующую силу.
Основная заслуга правильной формулировки всех известных на сегодняшний день законов динамики принадлежит известному английскому ученому И. Ньютону (1643 – 1727). В своих трактатах, которые были представлены обществу в 1687 г., физик окончательно подвел итог достижениям своих предшественников, указав пути дальнейшего развития механических процессов на столетия вперед.
Значение слова Механика по словарю Даля:
Механика ж. математика, приложенная к законам равновесия и движения тел. наука о силе и сопротивлении ей. искусство применять силу к делу и строить машины. наука выгодного приспособления сил. -нический, -ничный, к механике относящийся. | физический, основанный на вещественых силах природы (противопол. динамический). | бессознательный, безотчетный. невольный, где человек действует как машина. Механическое заведение, где делают машины. Растительность не механическая сила. Это работа механическая, рассудка не нужно. Механизм м. машинное устройство. Механик м. сведущий в механике, машинист, строитель машин. | Фабричн. моск., механик, меходуй, кто дует мехами.
