Большая Советская Энциклопедия (СС)
Шрифт:
См. Физика, Акустика, Атомная физика, Квантовая механика, Квантовая теория поля, Квантовая электроника, Магнетизм, Оптика, Относительности теория, Плазма, Полупроводники, Статистическая физика, Твёрдое тело, Термодинамика, Тяготение, Элементарные частицы, Ядерная физика.
Э. В. Шпольский, В. Я. Френкель.
Механика
Начало работ по механике в России относится к 1-й половине 18 в. и связано с организацией Петербургской АН в 1725 по указу Петра I. В 1722 вышел в свет первый русский учебник по механике «Наука статическая или механика» Г. Г. Скорнякова-Писарева. Большой вклад в развитие механики внесли работы Д. Бернулли и Л. Эйлера, которые, в частности, явились создателями теоретической
В 19 в. центр тяжести исследований по механике в России переместился постепенно в университеты и высшие технические учебные заведения. В середине 19 в. в Петербурге работали М. В. Остроградский, П. Л. Чебышёв и др. Во 2-й половине 19 в. складывается московская школа механики, которая достигла расцвета в начале 20 в. под руководством Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина. Характерным для этой школы явилось сочетание математического подхода с разработкой прикладных задач. На рубеже 20 в. сформировалась петербургская инженерная школа (И. Г. Бубнов, В. Л. Кирпичёв, А. Н. Крылов, И. В. Мещерский, С. П. Тимошенко). Общая теория устойчивости движения механических систем, созданная А. М. Ляпуновым, явилась фундаментальным вкладом в развитие механики начала 20 в.
После Октябрьской революции 1917 научные работы по механике значительно интенсифицировались. Крупнейшим учреждением, тесно связанным с развитием механики, стал созданный в Москве в 1918 Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), которому в 1937 присвоено имя его основателя — Н. Е. Жуковского. Здесь в 30-х гг. под руководством Чаплыгина был создан крупнейший научный центр теоретических и экспериментальных исследований, который возглавил гидроаэромеханические исследования применительно к авиации, гидромашиностроению, кораблестроению, промышленной аэродинамике и др. Исследования по механике ведутся также в Институте проблем механики АН СССР (Москва), Институте теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР (Новосибирск), в МГУ, ЛГУ, Ленинградском политехническом институте и других вузах, а также научно-исследовательских институтах АН союзных республик и в отраслевых институтах различных министерств и ведомств.
Основным направлением исследований в 1-й половине 20 в. явилась механика сплошных сред. Значительный прогресс в этой области был связан вначале с приложениями к решению её задач методов теории функций комплексного переменного. В конце 60-х — начале 70-х гг. усилия учёных сосредоточены главным образом на углублении основных фундаментальных представлений о механических процессах, на более глубоком отражении физико-химической природы поведения и взаимодействия тел в экстремальных условиях, изучаются оптимальные режимы технологических процессов и инерциальных систем. Совершенствуются методы исследования на вычислительных машинах с разработкой стандартных программ решения новых задач механики.
В СССР с 1960 регулярно проводятся Всесоюзные съезды по теоретической и прикладной механике. Широко развиты международные связи советских учёных-механиков. Начиная с 1-го Международного конгресса по механике (Нидерланды, 1924) советские учёные принимают участие в их работе. 13-й Международный конгресс по механике был проведён в Москве в 1972. Работы в этом направлении координируются созданным в 1956 Национальным комитетом СССР по теоретической и прикладной механике.
Общая механика. Основными разделами аналитической механики, получившими развитие в 20 в., были теория устойчивости, тесно связанная с общими качественными методами исследования дифференциальных уравнений, а также выделившаяся в самостоятельный раздел механики теория управления. Существенный вклад в теорию устойчивости А. М. Ляпунова был внесён Н. Г. Четаевым, который, в частности, предложил эффективный метод построения функций Ляпунова и дал общую теорему о неустойчивости движения, получив на её основе обращение теоремы Лагранжа об устойчивости равновесия. Важные результаты были получены в развитии второго метода Ляпунова и в доказательстве теорем существования (Н. Н. Красовский, В. В. Румянцев и др.), в исследовании устойчивости в критических случаях (Г. В. Каменков, И. Г. Малкин), в развитии первого метода Ляпунова (Н. П. Еругин и др.).
В классических разделах аналитической механики получено обобщение вариационного принципа Гаусса, проанализированы способы освобождения систем (Н. Г. Четаев, Н. Е. Кочин), разработана теория возмущений и устойчивости стационарных движений динамических систем (А. Н. Колмогоров, В. И. Арнольд), развита геометрия неголономных многообразий (В. В.
Широкое развитие, особенно после 30—40-х гг., получила динамика гироскопов и гироскопических систем (А. Н. Крылов, Б. В. Булгаков, А. Ю. Ишлинский, Е. Л. Николаи, Я. Н. Ройтенберг и др.), а также связанная с ней теория инерциальной навигации (А. Ю. Ишлинский и др.). Новые вопросы рассмотрены в динамике твёрдых тел с жидким наполнением (Н. Н. Моисеев, В. В. Румянцев и др.). В связи с изучением движения и ориентации искусственных спутников осуществляются исследования в области динамики космического полёта (Д. Е. Охоцимский, Т. М. Энеев и др.).
Обширный раздел общей механики составляет теория колебаний. Основы теоретических и экспериментальных исследований нелинейных колебаний были заложены и развиты в конце 30-х — начале 40-х гг. в работах двух больших направлений Л. И. Мандельштама — Н. Д. Папалекси и Н. М. Крылова — Н. Н. Боголюбова, получивших мировое признание. Первое (А. А. Андронов, А. А. Витт, С. Э. Хайкин и др.) характерно использованием топологических методов качественной теории дифференциальных уравнений. А. А. Андронову принадлежат, в частности, основополагающие работы по теории автоколебаний и методу точечных отображений. Работы второго основаны на применении теории асимптотических разложений (Ю. А. Митропольский и др.).
С приложениями в технике и с проблемами устойчивости, колебаний и гироскопических систем тесно связана теория управления, бурно развивающаяся с 50-х гг., истоки которой лежат в теории автоматического регулирования. Важнейшая современная проблема механики и смежных дисциплин — теория оптимального управления. К общей механике примыкают работы по теории машин и механизмов.
Механика жидкости и газа. Исследования 20—30-х гг. по гидродинамике несжимаемой жидкости развивались преимущественно в духе классических работ школы Жуковского — Чаплыгина. В теории крыла продолжалось изучение обтекания профилей и решёток, была развита теория тонкого крыла, рассмотрен ряд простейших нестационарных задач, колебания крыла, круглого в плане; решены задачи об ударе тела о воду и о глиссировании (В. В. Голубев, М. В. Келдыш, Н. Е. Кочин, М. А. Лаврентьев, Л. И. Седов и др.). Получила развитие вихревая теория винта (В. П. Ветчинкин, Н. Н. Поляхов). В послевоенный период и особенно в 60—70-х гг. в связи с дальнейшим развитием теории и главным образом благодаря внедрению быстродействующих ЭВМ оказалось возможным анализировать сложные нестационарные задачи обтекания крыла с исследованием схождения вихревой пелены (С. М. Белоцерковский).
Существенные результаты получены в гидродинамике течений со свободными поверхностями. Строго обоснованная теория поверхностных волн конечной амплитуды дана в 20-х гг. А. И. Некрасовым. Большой цикл исследований по линейной теории волн, в том числе приливных, и волновому сопротивлению проведён в 30-х гг. (М. В. Келдыш, Кочин, Л.Н. Сретенский и др.). Нелинейной теории волн посвящены работы Кочина, Н. Н. Моисеева, Я. И. Секерж-Зеньковича, Сретенского и др. Всемирно известные работы по теории качки корабля А. Н. Крылова получили дальнейшее развитие в трудах М. Д. Хаскинда. Достигнуты большие успехи в теории жидкостных струй (обтекание криволинейных препятствий — А. И. Некрасов, обтекание с возвратной струей — Д. А. Эфрос). Разработана теория кумулятивных зарядов, дан ряд строгих математических результатов в теории уединённой волны в струй М. А. Лаврентьевым.
В аэродинамике дозвуковых скоростей начиная с конца 30-х гг. применяются методы аппроксимации адиабаты Чаплыгина: были даны приближённый метод расчёта обтекания профиля, а затем и строгие решения для линейной аппроксимации адиабаты (Седов, С. А. Христианович, И. М. Юрьев).
В 1924—25 Кочин рассмотрел сильные разрывы в сжимаемом потоке. К 30-м гг. относится разработка метода характеристик для сверхзвуковых течений (Ф. И. Франкль). Работы 40-х гг. посвящены преимущественно линейной теории установившихся и неустановившихся течений, в том числе задаче о крыле конечного размаха (Е. А. Красильщикова). Последующие аналитические работы были направлены на качественное исследование точных уравнений и изучение течений, близких к известным строгим решениям (А. А. Никольский, Н. А. Слёзкин, С. А. Христианович и др.). В 50-х гг. проведён цикл работ по вариационным методам определения формы тел, обладающих экстремальными характеристиками. Существенные результаты получены в теории околозвуковых течений (С. В. Фалькович, Франкль). Самостоятельный раздел газовой динамики составили исследования течений с весьма большими сверхзвуковыми (гиперзвуковыми) скоростями (С. В. Валландер, В. В. Сычев, Г. Г. Чёрный и др.).