Теоретическая механика – это наука, которая изучает принципы механического движения и взаимодействия материальных тел.
Круг проблем, который исследуется в данном научном направлении, достаточно велик и с интенсивным развитием этой сферы в ней сформировался целый ряд дополнительных областей, имеющих отношение к рассмотрению свойств деформируемых твердых тел, газов и жидкостей.
К указанным направлениям относят: гипотезы пластичности, гидромеханику, теорию упругости, основы аэромеханики, газовую динамику и ряд разделов прикладной механики в виде сопротивлений твердых материалов, статики строительных сооружений, устройств механизмов и другие специальные инженерные направления.
Однако во всех вышеперечисленных сферах наряду с уникальными для каждой из них характеристиками и способами, можно выделить основные законы и принципов, которые считаются общими для всех областей теоретической механики. Рассмотрение единых закономерностей, понятий, методов и составляет ключевой предмет так называемой общей физики.
В механике используются специфические меры действия и движения твёрдых тел. Важнейшими считаются параметры передвижения:
- векторный показатель – объем начального движения $p = mv$, равный полученному произведению массы на ось скорости,
- скалярный показатель – кинетическая внутренняя энергия $E_k = \frac{1}{2} mv^2$.
Теоретическая механика на сегодняшний день представляет собой обширный раздел физики, который базируется на результатах научно-исследовательских наблюдений и применяет точный математический аппарат при проведении анализа итогового действия. Как в любой научной сфере, в основе механики лежит практика, наука и постоянное наблюдение. Но наблюдая определенное явление, невозможно сразу понять его во всех аспектах, поэтому перед ученым появляется задача определить в исследуемом процессе основное, устанавливающее, что менее значительно.
Диалектический метод теоретической механики
Главным методом теоретической механики выступает диалектический метод.
Суть данного способа заключается в плавном переходе от живого восприятия к более абстрактному созерцанию, а затем к практическим действиям, что функционирует в непрерывном развитии. Согласно рассматриваемого научного направления, необходимо на постоянной основе проводить опыты и наблюдения за механическими процессами с целью определения основных закономерностей в них. Затем полученная последовательность элементов осмысливается, некоторые из них используются за истины, не требующие дополнительных подтверждений - первичные аксиомы и понятия.
На базе первостепенных терминов и теоремы доказываются важные законы теоретической механики, достоверность которых подтверждается практикой посредством проведения наблюдений и опытов.
Другими словами, гипотезы и закономерности указанного научного направления функционируют на многовековом опыте за физическими явлениями и систематически проверяются практической деятельностью общества, начиная с использования простейших устройств – рычага и клина, завершая космическими полетами в пределах нашей Солнечной системы.
Здесь же следует отметить, что в процессе исторического развития научно-исследовательские наблюдения за движениями твердых тел экстрагировали в наблюдательно-экспериментальную механику. На данный момент это направление не входит в теоретическую механику, но ее разделы есть в астрономии, экспериментальной физике и прикладных науках.
Метод абстракции в теоретической механике
Вторым, значимым методом теоретической механики является способ абстракций. Суть этого приема станет ясна, если раскрыть определение слова «абстрагировать». В переводе с греческого указанный глагол означает определять главное, важное, не акцентируя внимания на второстепенном, незначительном.
Использование этого метода для изучения механического движения тела привело к тому, что в теоретической науке рассматривается перемещение не реальных материальных веществ, а их абстрактных схем.
Таких моделей в настоящее время выделяют три:
- Материальная опора - точка, которая обладает определенной массой и инерционными характеристиками.
- Система механических точек – любое объединение материальных точек.
- Абсолютно твердое вещество - тело, в котором расстояние между двумя начальными координатами не изменяется.
Интересно, что после того, как Лагранж озвучил разные принципы статики, в теоретической механике перешли к установлению «единой формулы равновесия любой силовой системы». Начиная с двух первостепенных сил, возможно способом абстракции сформировать следующую формулу для баланса любой концепции сил:
$P dp + Q dq + R dr … = 0$ (2.1)
$ a_{j}^{n} = 1 ^ {F_j dr_j} = 0$ (2.2)
В разделах рассматриваемой дисциплины физическое вещество рассматривается как общая система материальных опор, постоянно заполняющих объем тела. За абсолютную величину принимается стабильная структура движущихся точек. Сравнивая модели с реальными материальными телами, можно заметить, что уровень абстракции в схемах достаточно высок. По этой причине, физическое тело, не имеющее массу и размеров, а также не участвующее в механических взаимодействиях, невозможно представить.
Математические методы
Третьими по важности методами теоретической механики считаются математические приемы. Особенно широко используются в этом аспекте основы аналитической геометрии, принципы векторной алгебры, методики проведения дифференциальных и интегральных исчислений.
Развитие математических методов непосредственно связано с потребностями современного производства – потребность изучения основных механизмов, с одной стороны, и вопрос движения космических тел, выдвинутый становлением небесной механики, с другой, - привели к формированию общих способов решения задач теоретической механики и концепций точек твердого тела.
