Механик. А. Н. Фирсов

Механика, научные основы которой были заложены в XVII веке в трудах Галилея и Ньютона, сейчас выдвинулась в ряд фундаментальных наук, без развития которой немыслим прогресс современной цивилизации.

Механика - наука о механическом движении (перемещении в пространстве) материальных объектов в различных физических условиях и о взаимосвязях между ними. Применение методов механики необходимо практически во всех отраслях человеческой деятельности.

В любой машине, приборе, конструкции имеются движущиеся или деформирующиеся части. От многих современных машин и механизмов требуется умение производить большое число разнообразных и очень точных движений. От того, насколько хорошо сконструирована механическая часть машины, во многом зависит качество и надежность ее работы. При этом нужно уметь также количественно рассчитывать эти движения, учитывать нагрузки и деформации, возникающие при эксплуатации машины или прибора, чтобы еще в процессе конструирования представлять, как поведет себя механизм в тех или иных условиях.

Авиация и космонавтика, турбостроение и робототехника, энергетика, процессы химической технологии и нефтедобыча, строительство и транспорт, задачи автоматического управления и медицина - вот далеко не полный перечень областей, в которых широко используются идеи и методы этой науки.

В зависимости от основного предмета исследования механика делится на несколько разделов: общая механика изучает общие закономерности и принципы механических движений.

Механика материальных точек и абсолютно твердых тел (аналитическая механика) исследует физические ситуации, в которых можно пренебречь размерами рассматриваемых тел или возможностью изменения расстояния между частями одного тела, то есть деформациями.

Механика упругих и пластических сред охватывает случаи, в которых деформации тел возможны, но невелики, коль скоро невелики прикладываемые к ним силы.

Механика жидкости, газа и плазмы. Деление это, однако, весьма условно. В практических задачах, как правило, требуется привлечение методов всех перечисленных разделов механики (типичным примером может служить изучение движения реактивного самолета). При этом следует учитывать, что механические процессы протекают не изолированно от других физических явлений: как правило, имеются гравитационные и электромагнитные поля, движущиеся тела и среды могут нести электрический заряд (например, плазма), в них могут протекать химические реакции (например, в процессах химической технологии), возможны очень большие перепады температур и т. д. Все эти процессы влияют на механические свойства исследуемых объектов и должны быть учтены для правильной постановки механической задачи. Таким образом, механика тесно связана со многими естественными науками и в особенности с физикой.

По методам научных исследований механику, как и физику, вообще, можно разделить на экспериментальную, теоретическую и инженерную. Разделение это тоже условно: теория, эксперимент и инженерный поиск всегда тесно связаны. Однако имеется ряд специфических особенностей в работе экспериментатора, теоретика и инженера.

Хороший инженер - всегда изобретатель. Как правило, идея новой машины, механизма, устройства зарождается в голове инженера. Он ближе стоит к непосредственному производству, знает его насущные потребности, имеет возможность сам наблюдать достоинства и недостатки имеющегося технического обеспечения производства. Инженер является генератором новых технических решений, и лишь после того, как он предложит достаточно ясную схему новой конструкции, можно говорить о ее экспериментальной и теоретической доводке. Инженер должен свободно владеть основными методами инженерного расчета, представлять себе физические и химические свойства материалов, из которых будет создаваться новая конструкция, чтобы ясно оценить ее рабочие характеристики еще до воплощения идеи в металле. Таким образом, знание основных идей и методов физики, математики, вычислительной техники - одно из главных условий высокой квалификации инженера-механика. Хороший инженер должен представлять себе работу всей производственной цепи, в которую включается новый механизм, а, следовательно, он должен обладать широкими техническими и технологическими знаниями.

Экспериментальная механика - это, по существу, раздел экспериментальной физики. С помощью эксперимента решаются самые разнообразные задачи, начиная от установления и изучения механических свойств новых материалов в различных физических условиях и проверки глубоких теоретических гипотез и кончая чисто практическими испытаниями и доводкой конкретных конструкций (например, испытание конструкции самолета в аэродинамической трубе). Экспериментатор должен обладать широкой эрудицией и глубокими знаниями не только в механике, но и в смежных областях (физике, химии). Кроме того, для него необходимы определенные инженерные способности, поскольку правильно и эффективно поставить эксперимент - это во многом непростая инженерная задача.

Однако при всей своей важности экспериментальные и инженерно-конструкторские исследования не могут заменить глубокую теорию. Ведь далеко не все данные можно получить экспериментальным путем. Например, вряд ли возможны успешные космические полеты без предварительных расчетов траекторий космических аппаратов на основе соответствующей теории.

Средством теоретического исследования в механике является математика, причем в самом широком понимании этого слова. Для механика-теоретика глубокие математические познания совершенно необходимы, так как количественное описание механических процессов может быть осуществлено только с помощью эффективного математического аппарата. Теоретик должен также достаточно свободно владеть основными идеями и методами теоретической физики.

У того, кто хочет посвятить себя работе в области механики, прежде всего, конечно, должен быть интерес и способности к точным и естественным наукам. Для научных и инженерных исследований требуется умение логически мыслить, широкая эрудиция, непредвзятость. Надо иметь в виду, что сделать серьезную работу можно только упорным трудом и что большая часть времени и сил уходит на "черную", подчас малоинтересную, напряженную, но необходимую работу. Это требует крепкой нервной системы, сосредоточенности и усидчивости.

Для инженера-механика очень желательны склонность к изобретательству, хорошая "геометрическая" интуиция, умение работать руками (самому изготовить макет или модель той или иной конструкции).

Тот, кто хочет посвятить себя механике, в школе должен особенно глубоко изучать математику, физику, основы информатики и электронно-вычислительной техники, овладеть черчением.

Механики-теоретики широкого профиля для производственной, научно-исследовательской и педагогической работы готовятся на отделениях механики механико-математических факультетов университетов, а инженеры с механической специализацией - почти во всех политехнических вузах страны.