История инженерной деятельности - В. Морозов

Период, охватывающий начало ХХ в., оказался чрезвычайно плодотворным в истории теоретической и прикладной механики. Именно в эти годы были высказаны многие идеи, развитые впоследствии в целые научные направления. Некоторые из этих идей и открытий не укладывались в рамки классической науки и стали теми «катализаторами», с которых началась коренная перестройка в естествознании.

Для механики первых двух десятилетий ХХ в. характерен повышенный интерес к сравнительно небольшому числу проблем: аэродинамике, гидродинамике, теории рабочих машин, неголономной механике. Объясняется это, особенно для России, тем, что было необходимо быстрое решение технических проблем, прикладная же наука требовала капиталовложений, которые были весьма ограничены, а вот теоретическая наука могла развиваться и при минимальных затратах. Между тем большинство направлений механики в первой половине ХХ в. уже достигло в своем развитии такого состояния, когда нужны были не только идеи, но и материальная база для их претворения. В частности, так обстояло дело с авиацией, на которую не жалели средств, ибо польза от такого капиталовложения была очевидной.

Исследованиями в области аэродинамики занимались многие ученые. Во Франции был организован институт механики, директор которого Анри Вилла, поставил и решил ряд задач современной аэродинамики. Работы французских ученых в этом направлении были подготовлены трудами Буссинеска, Пуанкаре, Адамара. Буссинеск изучал вопросы гидродинамики в самом широком диапазоне: течение жидкости в открытых и закрытых каналах, движение подземных вод, давление в жидкости и др. Жак Адамар (1865–1963) занимался проблемой распространения волн и развил ее математический аппарат – теорию уравнений в частных производных.

Возрождение интереса к механике машин приблизительно в эти же годы происходит в Германии. После выхода в свет монографии Виттенбауэра «Графическая динамика» (1923 г.) основным исследовательским направлением становится синтез механизмов по Бурместеру. На основе работ Бурместера, Грюбрела и Миллера профессор Дрезденской высшей технической школы Г. Альт развивает геометрический метод синтеза плоских механизмов. Синтез механизмов – способы создания новых механизмов для воспроизведения требуемых законов движения – становится одной из важнейших задач механики машин. Делается попытка разработать такой метод синтеза, который можно было бы выполнить путем ряда проб (эмпирический метод Рау, развитый немецкими учеными). Сочетая методы Ассура и Бурместера, в СССР машиноведы начинают вести поиски новых способов анализа и синтеза механизмов. В середине 1930-х годов Н. Н. Артоболевский (1905–1977) создает научную школу в области теории механизмов и машин. Впервые на рубеже механики и теоретических основ машиностроения возникло новое научное направление, использующее в равной степени теорию и эксперимент, а также классическое наследие Эйлера, Карно, Д’Ламбера и Монжа.

В 1930-е гг. по важности технических применений одно из первых мест занялв механика сложной среды. В области теории упругости Н. И. Мусхелишвили (1891–1976) и его ученики исследовали плоскую задачу при помощи методов теории функций комплексного переменного.

В это же время возникают и комплексные проблемы, относящиеся одновременно к строительной механике, теории упругости и теории устойчивости, например, проблема устойчивости упругих систем, теория стержневых систем. А. Н. Диннин (1876–1950) внес существенный вклад в изучение устойчивости элементов сооружений, примененил методы теории упругости к решению задач горной механики, в частности к теории прочности шахтных каналов. П. Ф. Папкович (1887–1946) решил ряд общих задач теории устойчивости и развил экспериментальные методы изучения прочности корабля. А. Н. Крылов занимался строительной механикой корабля. Его работа «О расчете балок, лежащих на упругом основании» (1930 г.) стала важным вкладом в строительную механику. Во второй половине 1930-х годов В. М. Майзель начал исследования в области термоупругости, которые предложил А. Д. Коваленко.

Развитие в ХХ в. строительства в частности, железнодорожного, дорожного, стимулировало проведение исследований в области механики сыпучей среды и механики грунтов. Последняя возникла на базе теории упругости, теории сыпучих тел и гидромеханики, т.е. механика грунтов развивалась как наука на стыке ряда направлений механики и физических теорий. Несомненны научные заслуги в этой области Н. М. Герсеванова, который выяснил условия совместной работы деформируемых оснований и возводимых на них сооружений.

В 20–30-е гг. ХХ ст. появилась теория фильтрации как направление, связывающее идеи теории грунтов и гидродинамики. Непосредственной причиной создания теории фильтрации стали проблемы гидротехнического строительства, а также эксплуатации нефтяных месторождений. Впервые задачи фильтрации были сформулированы Н. Е. Жуковским и австрийским ученым Форхеймером, а также другими учеными из разных стран.

В 1930-е гг. началась разработка механики материалов и теории их прочности. Из-за больших объемов строительных работ, развитие новых отраслей машиностроения (авто- и авиастроение, транспортное и др.) существовала острая необходимость в металле все более высокого качества, кроме того, требования предїявляеміе к строительным и машиностроительным материалам определили поиски новых материалов с заранее заданными свойствами. Появляются и новые методы обработки металлов, важнейшей из них стала электросварка. Основоположником сварки в СССР был выдающийся мостостроитель Е. О. Патон (1870–1953). Метод соединения элементов металлоконструкций с помощью сварки стал лишь одним из практических выводов прикладной механики.

Во второй половине ХХ в. меняются интересы исследователей, работавших в разных направлениях механики. Интересы эти в значительной степени оказываются обусловленными практическими задачами, поэтому в аналитической механике інтенсивно изучаются динамика послепеременной массы, неголономная механика, теория гироскопов. Существенное развитие получает нелинейная механика, занявшая важное место в исследованиях колебательных процессов; идеи теории колебаний пересеклись едва ли не со всеми направлениями прикладной механики. Развиваются динамика машин, теория машин автоматического действия. На стыке идей алгебры, биомеханики и теории регулирования возникает новая наука – кибернетика, основоположником которой стал Норберт Винер (1894–1964). При создании кибернетики были использованы идеи многих ученых, в частности А. Н. Колмогорова.

С началом научно-технической революции (50-е гг. ХХ в.) резко меняется и тематика научных исследований и их темпы. Одной из характерных особенностей НТР является то, что наука становится непосредственно производительной силой: она вызывает к жизни технические решения, определяет появление новых отраслей техники, новых видов производств. Как подчеркивает А. Н. Боголюбов, автор книги «Механика в истории человечества», в ее развитии теперь преобладает интегральный путь, когда новое направление возникает на стыке других, зачастую весьма разнородных.

Древнейшим из учений механики, как известно, являлось учение о покое – статика; учение о движении возникло значительно позже. Затем появилась теория колебаний, и уже в ХХ в. – теория устойчивости. С точки зрения объекта исследования можно различать механику микромира, механику среды, механику твердого тела и системы тел, небесную механику. Некоторые разделы механики развились в самостоятельные научные направления, в частности это механика тела переменной массы, неголономная механика, теория гироскопов. К механике сложной среды относятся такие научные дисциплины: сопротивление материалов, механика материалов, теория упругости, теория пластичности, гидравлика, гидродинамика, аэродинамика, механика. И практически все это – ХХ в. Именно в ХХ в. происходит окончательное становление науки механики. Уточняя объект исследования, развивается строительная механика, механика машин, механика корабля, механика самолета, баллистика, механика ракетного движения, механика живых организмов, биомеханика. А. Н. Богомолов большой знаток истории механики и автор многих работ в этой области, утверждает, что все эти науки постоянно взаимодействуют, дробятся и порождают новые направления – «статистическая классификация наук теперь просто невозможна, поскольку науки находятся в непрерывном развитии». Исследования последних лет в механике в целом и в отдельных ее отраслях проводятся в наибольшем приближении к реальным условиям, поэтому многие работы в области, скажем, теории упругости, пересекаются с исследованиями по механике машин, гидродинамике, строительной механике, теории пластичности и даже геометрии (работы А. В. Погорелова).