ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотрением вращательных движений и условий равновесия тел полностью заканчивается изучение механики твердого тела. Из основных данных опыта было получено определение самого механического движения, найдены условия, при которых могут возникать или изменяться движения тел. Найдены физические величины, которые позволяют определить состояние движения любого тела, а также величины, которые характеризуют взаимодействия тел, вызывающие движения, и, наконец, сформулированы фундаментальные законы динамики, которые дают возможность решать любые задачи о механических движениях тел.

Замечательным является то, что все найденные нами величины и законы полностью сохраняют свою силу для рассмотрения движений любых других тел, не относящихся к твердым. Законы Ньютона, уравнение моментов, законы сохранения количества движения и энергии с полным правом могут применяться к решению задач о движении жидких и газообразных тел, для расчета механических процессов в упругих средах. Во всех таких случаях к этим законам необходимо только добавлять уравнения, выражающие особые механические свойства этих сред, и учитывать особенности тех новых вопросов, которые могут возникнуть относительно движений в этих средах.

При рассмотрении движения жидкости придется учитывать способность всех мельчайших частиц жидкости свободно двигаться друг относительно друга и практическую несжимаемость жидкостей. Эти особенности жидкости, во-первых, заставляют при построении гидромеханики добавлять к уравнениям законов Ньютона или законов сохранения уже знакомое вам условие несжимаемости и вводить дополнительное условие неразрывности.

Во-вторых, свободная подвижность отдельных частиц жидкости запрещает писать уравнения динамики для всего объема жидкости (за исключением отдельных особых случаев). Даже при равной нулю сумме внешних сил, действующих на весь объем жидкости, внутри этого объема могут происходить различные движения. Поэтому в

гидромеханике динамические законы приходится записывать для каждой малой части объема жидкости, т. е. приходится записывать детальные уравнения движения для каждого элемента объема, и затем одновременно рассматривать движения множества этих элементов объема. Но сами законы динамики, записанные для отдельных частиц, полностью сохраняют весь свой смысл и форму.

Наконец, в-третьих, в гидромеханике изменяется и постановка задачи кинематики. В механике стояла задача: дать описание движения одногозаданного тела, и для этого были достаточны те средства и понятия, которые мы рассмотрели. В гидромеханике возникает другая задача: дать одновременное описание, создать наглядную картину многих неодинаковых движений, совершаемых одновременно многими частицами жидкости, многими маленькими телами. Новый объект (жидкость) - новые механические свойства объекта и новые вопросы. Это заставляет искать новые способы описания таких многих движений, вводить ряд новых понятий, позволяющих составить полное суждение об особенностях этих движений. Приходится, например, вводить понятия потока жидкости, силы тока, линии тока и др.

Замечательным является то, что введенные нами ранее понятия траектории, скорости, ускорения и другие кинематические величины, так же как и законы динамики, сохраняют полноту своего смысла и значения для описания движения каждой отдельно взятой частицы жидкости. Они только оказываются связанными с новыми понятиями, отображающими особенности механического поведения жидкости!

Совершенно так же обстоит дело с расчетом движений в упругих телах и в газах. Учет их особых механических свойств также приводит к усложнению кинематического описания движений в этих средах, заставляет вводить ряд новых кинематических величин, дает дополнительные уравнения, выражающие свойства этих сред, вынуждает писать законы динамики для каждой частицы в отдельности. Но смысл и содержание этих законов остаются неизменными.

Таким образом, мы можем сказать, что первым важнейшим итогом изучения механики твердого тела является установление общих, фундаментальных законов механики в целом, законов, справедливых для движений тел любой природы и с любыми механическими свойствами. Конечно, при этом имеется в виду, что эти законы видоизменяются, когда речь идет о движении частиц в атоме или о движении со скоростями, близкими к скорости света.

Вторым не менее важным итогом является то, что в ходе изучения механики мы познакомились на практике с тем, как добывает физика свои знания о движении вообще, о свойствах материальных тел. Убедились в том, что правильно поставленные и истолкованные основные опыты дают полную качественную картину рассматриваемых явлений, действительно являются основным источником знания о физических явлениях.

Мы практически проследили всю цепочку последовательного восхождения от начального опыта до общей теории механических движений. Увидели, как формируются и отбираются основные понятия и физические величины, как строятся системы единиц этих величин и как потом отыскиваются законы, управляющие физическим процессом. Мы убедились в плодотворности и правильности этого пути. Это дает нам уверенность в том" что таким путем можно и нужно пользоваться при исследовании любых других физических явлений.

Третьим итогом является то, что на примере механики мы смогли (опять-таки на практике) проследить, как развивается каждое из трех основных направлений в физике. Рассмотрено на первый взгляд простое физическое явление — механическое движение. Найдены законы, управляющие этим явлением. В результате изучения обнаружилось, что механическое движение далеко не просто; оно многогранно и требует для своей характеристики значительного числа специальных понятий. Изучение этого движения привело нас к открытию новых свойств пространства и времени, с которыми оно оказалось неразрывно связанным.

В механических движениях раскрылось большое количество разнообразных свойств материальных тел: инертность, тяготение, упругость, трение и др. Изучение этих свойств позволило ввести ряд новых величин, количественно характеризующих эти свойства. Спектр числовых значений таких величин оказался весьма широким. Наконец, это изучение дало возможность отыскать законы, связывающие свойства тел с внешними условиями, в которых находятся тела (законы Гука, Бойля — Мариотта и др.).

Во всем разделе «Механика» при рассмотрении всех вопросов мы находили многие возможности практических применений найденных законов, явлений и свойств тел. Сами законы Ньютона и законы сохранения позволили предсказать ряд новых явлений, имеющих важные значения для общественного производства (например, су-шествование реактивных сил). Эти предсказания оправдались на практике, и этим полностью подтвердилась истинность найденной теории, раскрылись возможности широкого применения этой теории для нужд общественного производства.

Изучение механики позволило сделать значительный шаг вперед в познании мира и в овладении научным методом познания. Это изучение дало много полезных и правильных знаний об окружающих нас телах и их простейших движениях. Но в то же время знакомство с механикой поставило перед нами большое количество загадок, подвело нас к ряду новых вопросов о свойствах материи и ее движений. В этом и состоит четвертый важный итог изучения механики.

Изучая механические движения, мы открыли много замечательных свойств тел, свойств пространства и времени. К их числу принадлежат не только инертные и гравитационные свойства, но и различные способности тел деформироваться, создавать разные силы

и т. д. Мы не только открыли эти свойства, но и научились их определять. Но мы не нашли (да и не искали) ответов на вопросы о том, почему тела обладают такими свойствами, каков механизм и природа этих свойств, какие особенности внутреннего строения тел отображаются в них. Мы не могли ответить на эти вопросы, так как для этого совершенно недостаточно знания только механических движений. Механика только подвела нас к ряду новых нерешенных вопросов. Ответы на эти вопросы кроются в связи механических движений с другими формами движения материи и являются предметом изучения других разделов физики, которые будут рассматриваться в последующих книгах этого курса.

ВОПРОСЫ, УПРАЖНЕНИЯ, ЗАДАЧИ

(см. скан)

(см. скан)