Большая База Данных Рефератов - Досягнення в техніці у XIX-на початку XX ст.

Досягнення в техніці у XIX-на початку XX ст.

ітчизняний учений проф. А.И. Половникін у своїй книзі "Закони будови й розвитку техніки" почав спробу системного викладу й узагальнення у вигляді законів техніки, накопичених і розрізнених у різних науках численних відомості й фактів. При цьому закони техніки вивчаються й формулюються за аналогією із законами природи й з обліком існуючих у природознавстві вимог.

РОЗДІЛ 2. Науковий напрямок у розвитку техніки
2.1. Механіка і термодинаміка
Якщо механіка кінця XVII - почасти XVIII в. займалася в основному завданнями руху матеріальної крапки й системи крапок, що мали особливо важливе значення для проблем небесної механіки, то до XIX в. центр уваги був перенесений на розробку питань фізичної й технічної механіки.

Старі подання про машини як пристосуваннях для підйому й пересування більших вантажів малою силою л ті елементарні прийоми для розрахунку машин, які були завершені в попередній період, уже не могли задовольняти швидко, що розвивалося виробництво.

Розвиток механіки йде в цю епоху у двох напрямках; розробляються й удосконалюються аналітичні методи механіки й заставляються основи так називаної прикладної механіки. Центром розвитку механіки в цей період стає Франція. Роботи французького вченого Ж. Лаграпжа (1736-1813), особливо його "Аналітична механіка" (1813 р). визначили аналітичний напрямок у цій науці. Одночасно у Франції формується й прикладна механіка (цей термін одержав загальне поширення в 30-х роках XIX в). У початковий період головну роль у розвитку прикладної механіки грали вчені, що групувалися навколо паризької Політехнічної школи. Насамперед це Г. Мопж (1746-1819), Л. Карло (1796-1832), Ж. Попселі (1788-1867) і ін.

Пізніше свій внесок внесли англійські вчені (Р. Виллис й ін). потім (у другій половині XIX в) росіяни вчені (П.Л. Чебишев) і, нарешті, німецькі (Ф. Рело).

Основним у прикладній механіці є поняття механічної роботи й рівняння руху машин. Важливим завданням було визначення коефіцієнта корисної дії машин, проблема забезпечення рівномірного руху машин, у зв'язку із чим досить важливої стала проблема стійкості руху й машинах (Навье, Попселе, Морен, Вишнеградський).

На перших етапах прикладна механіка включала й виклад почав гідравліки, теорії гідравлічних двигунів, теорії парових машин і парових казанів. Надалі ці розділи виділяються в самостійні науки. Уже в 30-х роках XIX в. у самостійну наукову дисципліну оформилися теорія пружності й опір матеріалів. Після появи водяних турбін виділяється в окрему науку гідравліка й теорія гідравлічних двигунів.

Хоча основні поняття кінематики були дані ще в попередній період Галилеем, Гюйгенсом, Ньютоном, Эйлером, все-таки кінематика як самостійний розділ механіки виникла тільки в першій половині XIX в. під впливом запитів машинної техніки й необхідності дослідження передачі рухів у механізмах. Найбільшу роль у цьому новому напрямку зіграла висунута Гаспаром Монжем ідея розробки кінематики механізмів. Пізніше на доцільність виділення кінематики в самостійну науку вказав французький фізик Амперів II 1834р. Він же запропонував саму назву - кінематика. Ідея Ампера була здійснена французьким механіком Характерною особливістю зазначених робіт, що заклала основи кінематики механізмів, є застосування геометричних методів. За допомогою цих методів вирішувалися завдання про наближені прямолінійно спрямованих механізмах у Бурместера. У класичній праці Рело дається розрахунок механізмів так називаним експериментальним методом, при якому рішення питання здійснюється за допомогою моделей механізмів, шаблонів окремих ланок, експериментально побудованої траєкторії крапок ланок і т.д.

Новий напрямок у теорії механізмів створив видатний російський математик і механік Пафнутій Львович Чебишев (1821-1894) своєю роботою "Теорія механізмів, відомих за назвою паралелограмів", Чебитев зацікавився механізмами, що забезпечують передачу руху, і особливо паралелограмами Уатта. Чебишев вирішував ці завдання аналітичним шляхом

Механізми й методи синтезу Чебишева, однак, не зіграли великої ролі в знос час і тільки в XX сторіччі дослідження Чебишева дуже вплинули на розвиток теорії механізмів і машин.

В області гідромеханіки, основи якої були закладені в XVIII в. роботами Э. Эйлера й Д. Бернуллі, у цю епоху виникає нова важлива область - гідромеханіка грузлої рідини. Вона розробляється в першій половині XIX в. у працях С. Пуансона, Л. Навье, Дж. Стокса, Навье в 1822р. уперше навів рівняння руху нестисливої грузлої рідини. У цьому ж напрямку працював й англійський фізик і механік Дж. Стоці. Його рівняння руху грузлої рідини, відоме за назвою рівняння Навье - Стокса, було важливим етапом у розвитку гідромеханіки. Роботи цих учених зіграли надалі важливу роль для розвитку машинобудування Велике значення для подальшого розвитку гідромеханіки мали дослідження англійського фізика Кельвіна Томсона (1824-1907) і німецького натураліста Германа Гельмгольца (1821 - 1894). Томсон і Гельмгольц поклали початок розробці теорії вихрового руху. Томсон установив важливу теорему про збереження циркуляції в ідеальній рідині, Гельмгольц; в 1858 р. заклав фундамент теорії вихрового руху рідини, що має найважливіше значення для розвитку гідродинаміки я аеродинаміки в XX в. радіотехніки, технічної акустики

Наприкінці XIX і початку XX в. одержують свій подальший розвиток як загальні розділи механіки - динаміка твердого толу, теорія стійкості руху, так і механіка рідин і газів. Ряд досліджень по механіці був відповіддю на практичні запити техніки, інші, випереджаючи запити практики, здавалися чисто теоретичними, відверненими, і тільки наш час показало їхнє практичне значення.

Прямий зв'язок із практичними питаннями мали теоретичні роботи але динаміку важкого твердого тіла. Дослідження цієї проблеми стимулювалося тім, що кінець XIX в. був періодом широкого поширення нарізних артилерійських систем. Треба було додати снаряду швидке обертання, що забезпечувало б йому необхідну стійкість у польоті. Рішення цього завдання механіки дали росіяни вчені артилеристи Н, В. Маиевский (1823-1892), Н.Л. Забудский (1853-1917). Пізніше лад цією проблемою працював А.Н. Крилов (1863 - 1945).

Проблема руху швидко обертового снаряда є часткою случаємо динаміки гіроскопа (вовчка). Дослідження снарядів викликало в механіків новий інтерес до проблеми руху гіроскопа. В 1888 р. С.В. Ковалевская (1850-1891) дала рішення питання про обертання важкого тіла навколо нерухомої крапки для випадку, коли центр ваги тіла не перебуває на осі симетрії.

Теорія гіроскопа тесло пов'язана з однієї з найбільш загальних проблем із проблемою стійкості рівноваги й рухи матеріальних систем. Загальне її рішення було дано А.М. Ляпуновым у роботі "Загальне завдання про стійкість руху" (1892 р). Великий внесок у загальну теорію стійкості руху тіл вніс французький учений А. Пуанкаре.

В останній третині XIX і початку XX в. одержує подальше розлиття механіка рідини. Німецький учений Г. Гельмгольц (1821-1894) розробляє навчання про вихри в рідині. У цей же період розвивається динаміка грузлої рідини. Гідродинамічну теорію тертя створив росіянин учений Н.П. Петров (1836-1920). Теоретичні дослідження Петрова по гідродинамічній теорії змащення були викликані потребами залізничного транспорту й пов'язані зі знаходженням способів збереження осей вагонів.

На початку XX в. у зв'язку із запитами авіації виникає новий розділ гідродинаміки - аеродинаміка.

Вирішальну роль у створенні аеродинаміки зіграв росіянин учений II.Е. Жуковський (1847-1921). В 1904 р. Жуковський зробив відкриття, що послужило основою всього подальшого розвитку сучасної аеродинаміки. У роботі "Про приєднані вихри", що була повідомлена в Московському математичному суспільстві 15 листопада 1905 р., Жуковський дав формулу для визначення піднімальної сили крила, що є основою всіх аеродинамічних розрахунків літаків.

В 1910-1912 р. з'явилися нові роботи Жуковського, у яких він провів розрахунок сили, що діє на крило, і вказав ряд теоретичних профілів крила. В 1912-1918 р. з'являються дослідження Жуковського, у яких він дав теорію повітряного гвинта.

До цього ж часу ставляться роботи німецького вченого Л. Прандтля, що в 1905 р. у праці "Про рух рідини при дуже малому терті" дав досить плідне для наступного розвитку механіки подання про прикордонний шар рідини, що прилягає до поверхні обтічного твердого тіла, пояснивши опір тіла, що рухається в рідині або газі, головним чином відривом прикордонного шару. Прандтль багато зробив для розвитку теорії крила.

В 1902 р. з'явилася робота російського вченого С.А. Чаплигина (1869 - 1942), озаглавлена "Про газові струмені", що поклала початок нової області механіки - газовій динаміці. У роботі був даний метод дослідження в струєвих рухах газу при будь-яких дозвуковых швидкостях. Величезне значення цього дослідженні виявився значно пізніше, коли розвиток швидкісної авіації привело к. вивченню сил, з якими повітря діє на літак, що летить зі швидкістю, що наближається до швидкості звуку.

Винятково велике значення для дослідження польоту ракет мав новий розділ механіки - динаміка перемінної маси, розроблений И.В. Мещорским (1859-1935) у його працях "Динаміка крапки перемінної маси" (1897 р) і "Рівняння руху крапки змінної маси" (1904 р).

Видатний росіянин учений К.Э. Ціолковський (1857-1935) створив теорію польоту ракети з урахуванням зміни її маси, математично довівши можливість застосування реактивних апаратів для міжпланетних повідомлень.

Розвиток машинної техніки, будівництво залізничних мостів і швидкохідних пароплавів, а також регулятор поставили, у центрі уваги вчені проблеми коливань і резонансу. Теорія змушених коливань і навчання про резонанс були логічним продовженням досліджень Лагранжа, викладених в "Аналітичній механіці" (1788 р). Особливо треба відзначити у цьому напрямку роботи німецького математика К. Вейерштрасса (1815-1897) і російського вченого О.И. Сомова (1815-1876).

Зі спеціальних областей теорії коливань важливе значення мало дослідження хитавиці корабля, проведене А. Н, Криловим. В XX в. починає розроблятися нова область теорії коливань, так називана теорія нелінійних коливань, викликана до життя розвитком електротехніки, Дослідження парових машин привело до розробки основних початків термодинаміки - науки, що вивчає закони теплової рівноваги й перетворення теплоти в інші види енергії.

Одним з основоположників термодинаміки був французький учений Карно. У своєму єдиному добутку "Міркування про рушійну силу вогню й про машини, здатних розвивати цю силу", опублікованому в 1824 р., Карно розглядає питання про "одержання рухів з тепла".

Він указує, що корисна робота в парових машинах може бути отримана тільки при переході тепла від тіла більше нагрітого до тіла більше холодному. Навпаки, для того щоб передати тепло від холодного толу до більше нагрітого, необхідно затратити - роботу. Цю закономірність Карпо виявив, аналізуючи ідеальний круговий тепловий процес.

Правильно помітивши фізичні закономірності, що лежать в основі роботи теплових машин, Карно, однак, не переборов неправильних подань про природу теплоти, він розглядав теплоту як деяку невагому рідину (теплород). Відповідно до поглядів, що панували тоді, теплород не може не знищуватися, не виникати, а тільки переходити від одного тіла до іншого. Втім, в останні роки свого короткого життя Карно відмовився від теорії теплорода, визнавши взаємну превратимость теплоти й механічної роботи, і приблизно визначив механічний еквівалент теплоти.

Работы Карно сприяли встановленню принципу, що дозволив визначити найбільший можливий КПД теплової машини. Цей принцип привів надалі до відкриття другого початку термодинаміки, що в остаточному виді сформулював в 1850 р. німецький учений Р. Клаузиус (1822-1888). Сутність другого початку термодинаміки, по Клаувиусу, полягає в тім, що теплота не може сама по собі перейти від більше холодного тіла до більше теплого. Клаузиус уперше ввів поняття ентропії - одну з основних термодинамічних величин.

Найважливіше значення для розвитку техніки мало відкриття першого закону термодинаміки, відповідно до якого кількість теплоти, повідомлена матеріальній системі, дорівнює сумі приросту внутрішньої енергії системи й кількості зробленої його роботи. Цей початок торуй об динаміки був сформульовано як окремий випадок закону збереження й перетворення енергії.

Закон збереження й перетворення енергії, як показує історія розвитку науки, є одним з найбільш загальних, універсальних законів природознавства. Він був відкритий і сформульований у результаті досліджень і спостережень, зроблених у різних країнах і протягом тривалого часу. Виробнича практика, особливо в області теплотехніки, використання можливості перетворення механічної енергії в теплову й навпаки, а також успіхи в області вивчення електричних явищ сприяли нагромадженню необхідних відомостей для обґрунтування цього закону.

Ідея збереження матерії висловлювалася ще в стародавності Анаксагором, Емпедоклом, Демокритом, Епікуром і Лукрецієм. Пізніше, в XV-XVIII вв., Дж. Бруно, Г. Галилей, Ф. Бэкоп, П. Гассенди, Э. Мариотт, М. Морссни неодноразово повторювали це положення. В 1756 р. М.В. Ломоносов провів ряд досвідів, у яких уперше довів, що при хімічних реакціях речовина не губиться й не виникає й. ч нічого. Це з'явилося першим експериментальним підтвердженням закону збереження речовини. Цей закон французький хімік А. Лавуазьє став застосовувати в 1770 р.

Закон збереження й перетворення. енергії був сформульований видатним німецьким ученим Робертом Майером (1814-1878).

Цей закон в 1841 р. Майер уперше виклав у своїй праці "Про кількісне і якісне визначення сил"1, опублікованому тільки

1. Майер у своїх працях застосовував термін "сила" вкладаючи в нього зміст енергії. в 1881 р. Свої думки він розвив у роботі "Зауваження про сили неживої природи" (1842 р) і в праці "Органічний рух у його зв'язку з обміном речовин" (1845 р). Закон збереження й перетворення "сил" (енергії), по Майорі, полягає в тім, що рух, теплота, електрика, хімічні процеси й т.п. є якісно різними формами "сил", що перетворюються друг у друга при незмінних кількісних співвідношеннях. У своїх роботах Р. Майор установив поняття кількісного еквівалента "сил" і визначив механічний еквівалент тепла.

2.2. Електрика і магнетизм
До кінця XVIII ст. були вироблені перші уявлення про електрику і вивчені найважливіші явища електростатики. З початку XIX ст. і центрі вивчення стає електричний струм. Цьому сприяли відкриття гальванічних елементів, які виявили обширну область явищ, пов'язаних з постійним електричним струмом.

Новий період в розвитку учення об електрику починається з робіт італійського фізіолога Луїджі Гальвані (1737-1798), що опублікував в 1791 р. свій "Трактат про сили електрики при м'язовому русі", і італійського фізика і фізіолога Алессандро Вольта (1745-1827}. який в 1800 р. винайшов так званий вольтів стовп - перше джерело постійного струму, який широко використовувався дослідниками багатьох країн при вивченні електричних явищ.

Найбільший для свого часу вольтів стовп був створений в 1802 р. російським ученим В.В. Петровим (1761 - 1834). Цей стовп складався з 4200 мідних і цинкових кружечків і дозволяв отримати електрорушійну силу близько 1700 вольт. Наявність такого могутнього джерела струму високої напруги дозволила Петрову зробити цілий ряд відкриттів і спостережень.

У своїх роботах він показав можливість застосування електричної дуги для освітлення, плавки і зварки металів, а також відновлення металів з оксидів. Це було найбільшим відкриттям, яке після робіт ряду учених і винахідників широко почало застосовуватися в промисловому виробництві і в побуті.

В.В. Петрову належать відкриття залежності сили струму від площі поперечного перетину провідника, дослідження розряду у вакуумі і встановлення залежності електричних явищ від полярності і форми електродів, відстані між ними, а також від ступеня розрядки повітря.

У 1821 р. німецький фізик Т. Зєєбек (1770-1831) відкрив явище термоелектрики, назване їм термомагнетизмом, суть якого полягала в тому, що в ланцюзі, що складається з різнорідних металів, виникає електрорушійна сила, якщо температура місць з'єднань або спаїв цих металів різна. Мала величина отримуваних при цьому сил струму змусила зайнятися питанням про зв'язок між різними комбінаціями елементів в батареї і що виходять при; том силами струмів. Після ряду невдалих дослідів питання, був, па-кінець, вирішений німецьким фізиком Г.С. Омом (1787-1854), що встановив основний закон електричного ланцюга, що зв'язує опір ланцюгу, електрорушійну силу і силу струму. Цей закон був встановлений Омом експериментально і сформульований в 1826 р. в роботі "Визначення закону, проводять електрику".

С встановленням кількісного співвідношення між основними параметрами електричного ланцюга відкрилися широкі можливості для вивчення електричних явищ. Проте закон Ома довгий час не знаходив собі визнання. Я тільки після того, як росіяни учені Е. X. Ленд і Б.С. Якобн, німецькі учені До. Гаус, Г. Кирхгоф і деякі інші поклали цей закон в основу своїх досліджень, значення його стало незаперечно

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

Меню

Досягнення в техніці у XIX-на початку XX ст.