Структура разделов механики твердого тела

Механики твердого тела
Механика АТТ	Механика ДТТ
Сопротивление материалов

1.2. Ключевые понятия классической механики

Прежде чем перейти к понятиям, необходимо вспомнить определения исходных понятий классической механики, которые, играя роль основополагающих принципов, полностью переносятся в эту частную науку.

Механическим движением (МД) называют изменение взаимного положения материальных тел (или частиц тела) в пространстве с течением времени. Свое смысловое выражение оно находит в понятиях деформации и перемещения. Последние, обусловливая друг друга, требуют и их синтеза, т. е. нового понятие – системы отсчета. Образно говоря, перемещения и деформации – это лишь противоположные стороны медали (механического движение). Но только цепочка из трех понятий (перемещения, деформации, система отсчета) дают целостную структуру понятия МД (табл. 5). Без системы отсчета (начало координат) нельзя измерить и количественно оценить механического движения тел.

Таблица 5

Структура понятий механического движения

Механическое движение материального тела
Перемещения (тела, его частиц)	Деформации (тела, его волокон)
Система отсчета

Деформация характеризуется изменением формы и (или) размеров тела, подверженного действию внешних сил (со стороны других тел). Свойство деформируемый присуще абсолютно всем реальным телам.

Перемещение представляется изменением положения в пространстве одного тела (или частицы тела) относительно другого тела в различные моменты времени. При этом другое тело служит телом отсчета. Определяя перемещение, следует обязательно указывать это тело (или систему) отсчета.

Системой отсчета называют реальное или условное твердое тело, снабженное часами и неразрывно связанное с системой координат (табл. 6). Она обязательна всегда, когда вводится количественная мера описания механического движения. Относительно выбранной системы отсчета в различные моменты времени определяются компоненты перемещений и деформаций по координатным осям.

Таблица 6

Структура понятия системы отсчета

Система отсчета
система координат (в евклидовом пространстве)	Ось времени (часы)
Тело отсчета

Но прежде чем предпочесть ту или иную систему отсчета, надо наделить пространство и время какими-то конкретными свойствами. Это впервые сделал Ньютон¹ в конце XVII-го века. Он сформулировал понятия о свойствах пространства и времени, которые впоследствии стали классическими. Согласно Ньютону, рассмотрению подлежат однородные пространства, в которых для всех точек можно ввести единую систему координат. Подобные пространства получили название евклидовых². Время – однородная, равномерная, вечная и неизменная длительность, одинаковая для всех наблюдателей, связанных с различными телами. Это отвечает понятию абсолютного времени.

Пространство и время в механике Ньютона считаются объективными данностями, которые в себя всё вмещают и не от чего не зависят (друг от друга, в том числе). В этом состоит главное отличие классической механики от теории относительности, где «пространство-время» взаимосвязаны и неразрывны.

Силы в механике Ньютона отображаются взаимным действием тел друг на друга. Другими словами, это величина, служащая мерой «механического взаимодействия» материальных тел или частиц (из которых состоит тело). Различают силы внешние и внутренние.

Внешние силы порождаются действием других тел на данное тело. Они, в свою очередь, подразделяются на активные и пассивные силы. Активные силы (нагрузки) стремятся вызвать механическое движение, пассивные силы (реакции механических связей) накладывают ограничение на это движение.

Внутренние силы обусловливаются действием одних частей на другие части данного тела. В этом определении физическая природа внутренних сил пока не оговаривается. например, в теории упругости и в сопротивлении материалов это, как правило, силы упругости.

Механические взаимодействия – взаимные действия тел (внешние силы), служащие причиной как появления перемещений или деформаций в исследуемом теле, так и их ограничений. Они осуществляются как при непосредственном контакте тел, так и посредством влияния различных связей – других тел или материальных полей.

Механические связи – ограничения, накладываемые на движение (положение) тел в пространстве. Они образуются с помощью каких-либо реальных тел (стержней, опорных поверхностей, нитей и т. д.).