Механика туралы 27 қызықты мәліметтер

Механика — физиканың ең ескі және негізгі салаларының бірі болып табылады, ол бүгінгі күнгі инженерлік ғылымдардың көбісінің негізін құрайды. Ол денелердің қозғалысын, күштердің әрекетін және тепе-теңдік шарттарын зерттейді, заманауи техниканың тілін қалыптастырады. Ең қарапайым иіндіктен бастап, ең күрделі ғарыш аппараттарына дейін — бәрі оның заңдарына бағынады. Көпшілікке механика — ғалымдар мен конструкторларға тән ғылым деп көрінсе де, шындығында ол әр адамның күнделікті өмірінде үздіксіз қолданылады. Әр қадам, доп лақтыру немесе лифт жұмысы — бәрі механикалық принциптердің көрінісі. Төменде бұл ғылымды таныс емес тұрғыдан ашатын жиырма жеті қызықты дерек берілген.

1. «Механика» сөзі грек тіліндегі «mēkhanikos» дегеннен шыққан, мағынасы — «шебер» немесе «өнерлі». Ежелгі заманда адамдар еңбек құралдары мен әскери машиналар жасау үшін қозғалыс заңдарын түсінуге тырысты. Мысалы, Архимед катапульталар мен көтергіш құрылғыларды салу үшін статика принциптерін пайдаланды.
2. Классикалық механиканың негіздері XVII ғасырда Исаак Ньютон қалаған. Оның қозғалыс заңдары мен бүкіләлемдік тартылыс заңы физиканың келесі ғасырларға дейінгі дамуына негіз болды. Бұл ережелер спутниктер мен көпірлерді жобалау кезінде қазіргі күнге дейін өз күшін жоймаған.
3. Ньютонның бірінші заңы былай дейді: денеге сыртқы күштер әсер етпесе, ол тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалысын сақтайды. Дәл сондықтан резеңке тежелген автобустағы жолаушылар алға қарай еңкейеді — денелері қозғалысты жалғастыруға тырысады.
4. Екінші заң күшті, массаны және үдеуді байланыстырады: F = ma. Дәл осының арқасында автомобиль қозғалтқышының белгілі уақыт ішінде қандай тартым күшін дамыту керектігін есептеуге болады. Бұл принцип балалар ойыншықтарынан бастап, ракета-тасымалдаушыларға дейін қолданылады.
5. Үшінші заң: әрбір әрекетке тең және қарама-қарсы бағытталған әрекетке қарсы әрекет бар. Адам жүргенде жерден итеріледі, ал жер де одан итеріледі. Бұл заңсыз секіру немесе реактивті ұшақтардың ұшуы мүмкін болмас еді.
6. Механика бірнеше бөлімге бөлінеді: кинематика, динамика, статика және басқалар. Кинематика себептерді ескермей қозғалысты сипаттайды, ал динамика күштерді ескере отырып зерттейді. Статика тепе-теңдікте тұрған денелерді қарастырады.
7. Иіндік принципі Ежелгі Мысыр мен Грекияда белгілі болды. Архимед бірде: «Маған тіреу нүктесін беріңдер, мен Жерді аударамын» — деп айтқан. Бұл гипербола болса да, қарапайым механизмдердің қуатын дәл көрсетеді.
8. Алты қарапайым механизм — иіндік, осьі бар дөңгелек, блок, көлбеу жазықтық, үшкір және винт — көптеген машиналардың негізін құрайды. Заманауи экскаватор да күрделі тапсырмаларды орындау үшін осы элементтердің комбинациясын пайдаланады.
9. Масса центрі — дененің барлық массасы шоғырланған деп есептелетін нүкте. Шапалақ лақтырғанда дәл осы центр параболалық траектория бойымен қозғалады, ал өзі снаряд емес. Бұл ұғым авиация мен автокөлік өндірісінде өте маңызды.
10. Үйкеліс — қозғалысқа әрдайым кедергі келтірмейді. Оның арқасында жүру, велосипедпен жүру немесе заттарды қолда ұстау мүмкін. Инженерлер тежеу жүйелері мен шинаның үйкеліс коэффициентін арнайы арттырады.
11. Импульстің сақталу заңы тұйық жүйеде жалпы импульс тұрақты болып қалатынын білдіреді. Дәл сондықтан ату кезінде мылтық артқа итеріледі — оқтың импульсі қару импульсімен теңгеріледі. Бұл принцип реактивті қозғалыстың негізін құрайды.
12. Күш моменті — айналдырушы әрекетті анықтайтын шама. Гайка кілті неғұрлым ұзын болса, болтты бұрау соғұрлым оңай. Бұл күш иінінің ұзартылуы арқылы күш көбейтілетінін көрсетеді.
13. Гироскоптық эффект айналатын денелердің тұрақтылығын сақтауға көмектеседі. Дәл сондықтан велосипед қозғалыс кезінде құламайды, ал спутниктер ғарышта бағдарын сақтайды. Эффект навигациялық жүйелерде де қолданылады.
14. Механикалық энергия кинетикалық пен потенциалдық энергиялардан тұрады. Допты жоғары лақтырғанда оның жылдамдығы азаяды, бірақ биіктігі артады — энергия бір пішіннен екіншісіне ауысады. Үйкеліс болмаған жағдайда жалпы энергия сақталады.
15. Резонанс — тербелістердің жиілігі сәйкес келгенде амплитуданың кенеттен артуы. Солдаттардың бір қалыпты марштауы кезінде көпірдің қирауы туралы белгілі оқиға бар. Қазір ғимараттарды жобалау кезінде жер сілкінісі мен жел тербелістері міндетті ескеріледі.
16. Сұйықтар мен газдар да гидро- және аэродинамика шеңберінде механика заңдарына бағынады. Бернулли принципі ұшақтың ауада қалай ұшып тұратынын түсіндіреді: қанат үстіндегі қысым астындағыдан төмен. Бұл көтергіш күшті туғызады.
17. Парадоксальды, бірақ салмақсыздық жағдайында механика заңдары Жердегідей жұмыс істейді. Айырмашылық тек ауырлық күшінің болмауында, ал инерция мен импульс сақталады. Сондықтан ғарышкерлер қозғалыс кезінде абай болуы керек — әлсіз итеру оларды ұшырып жіберуі мүмкін.
18. Механика өнеркәсіптік революцияда маңызды рөл атқарды. Бу машиналары, станоктар мен көлік жүйелері күш пен қозғалыстарды терең түсіну арқасында жасалды. Оның болмағанын технологиялық прогресті елестету мүмкін емес.
19. Серпімділік теориясы материалдардың жүктеме астында қалай деформацияланатынын болжауға мүмкіндік береді. Бұл көпірлер мен биік ғимараттар салу кезінде әсіресе маңызды. Мысалы, Эйфель мұнарасы желде сәл тербеледі, бірақ есептеулер арқасында бүтін қалады.
20. Паскаль заңы сұйыққа түсірілген қысымның барлық бағытта өзгеріссіз таралатынын білдіреді. Осы принципке гидравликалық престер мен тежеу жүйелері негізделген. Кішкентай поршеньге аз күш түсіру арқылы үлкен поршеньде үлкен қысым жасауға болады.
21. Механикалық сағаттар — дөңгелектер, серіппелер мен маятниктің үйлесімінен тұратын инженерлік ойдың шығармасы. Олар серіппенің потенциалдық энергиясын реттелген тербелістерге айналдыру арқасында жұмыс істейді. Кварцты аналогтар пайда болғанға дейін мұндай құрылғылар дәлдіктің үлгісі болды.
22. Тірі организмдер де механикалық заңдарға бағынады. Жүрек — насос, сүйектер — иіндіктер, ал бұлшықеттер — күш көздері. Биомеханика осы процестерді зерттейді, протездер мен экзоскелеттер жасауға көмектеседі.
23. Ең аз әрекет принципі — механиканың ең элегантты принциптерінің бірі. Ол табиғат «минималды шаманы» таңдайтын жолды қолданатынын білдіреді. Бұл тәсіл классикалық механикамен қатар кванттық физиканың негізінде де жатыр.
24. Механика макроәлеммен шектелмейді — оның заңдары микроскопиялық объектілерге де қолданылады, егер жылдамдықтар аз және кванттық эффектілер маңызды емес болса. Мысалы, ескі электрон-сәулелік түтікшелердегі электрондардың қозғалысы классикалық теңдеулермен сипатталды.
25. XIX ғасырда Жозеф Луи Лагранж пен Уильям Гамильтон механиканы энергетикалық функциялар арқылы қайта құрастырды. Олардың тәсілдері Ньютон әдістерімен шешуге болмайтын күрделі есептерді шешуге мүмкіндік берді. Қазір Лагранждық механика робототехникада мен астрофизикада кеңінен қолданылады.
26. Механикалық толқындар — мысалы, дыбыс — да осы ғылым шеңберінде зерттеледі. Олар ортаның бөлшектерінің тербелісі арқылы энергияны береді. Механикасыз музыкалық аспаптар мен акустикалық жүйелерді жасау мүмкін болмас еді.
27. Заманауи компьютерлік модельдеу автомобильдің соқтығысу сынақтарынан бастап, галактикалардың соқтығысуына дейінгі күрделі механикалық жүйелердің мінез-құлқын модельдеуге мүмкіндік береді. Бұл есептеулер қауіпті тәжірибелерді виртуалды түрде алмастыру арқылы миллиардтарды үнемдейді және өмірді құтқарады.

Механика — бұл тек формулалар жиынтығы емес, сонымен қатар қозғалыс пен әрекеттестік заңдарын табиғат өрнектейтін тіл. Ол ежелгі ашулар мен заманауи технологияларды біріктіріп, әрдайым өзекті болып қала береді. Оның принциптерін түсіну инженерияға ғана емес, әлемді тереңірек қабылдауға да кілт болып табылады. Мүмкін, дәл осы заңдардың қарапайымдылығы мен универсалдылығында осы ғылымның шын ғажайыптылығы жатыр.