ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИКИ. СТАТИКА
Развитие современной техники вообще и разведочного бурения в частности ставит перед инженерами самые разнообразные задачи, связанные с расчетом различных устройств, проектированием, испытанием, производством и эксплуатацией разнообразных машин, механизмов, вспомогательных приспособлений, двигателей, автоматизированных систем, приборов и т. д. Нередко такие задачи возникают при проведении научно-исследовательских работ в области бурения. Несмотря на многообразие этих задач, решение их основано на некоторых общих принципах и имеет общую научную базу. Это объясняется тем, что в названных задачах значительное место занимают вопросы, требующие изучения законов движения или равновесия различных материальных объектов.
Наука об общих законах движения и равновесия материальных тел и • возникающих при этом взаимодействиях между телами 58
называется теоретической механикой. Последняя, как отмечалось, представляет собой одну из научных основ современных технических ‘ дисциплин, в том числе и относящихся к специальности «Технология и техника разведки полезных ископаемых».
■ Законы механики представляют собой идеальное отображение в нашем сознании процессов, происходящих в реальной действительности. Иными словами, законы механики в своей основе имеют объективный характер. Их корни—в материальном мире во всем ‘ многообразии его измерений и превращений. Отсюда основополагающим методологическим принципом механики является диалектический материализм, т. е. признание вечно изменяющегося материального мира как существующего и развивающегося независимо от нашего сознания.
В механике, как строгой теоретической науке, широко используются различные абстракции. Роль аксиом и абстракций в механике столь же велика, как и в математике. Разница состоит лишь в том, что в математике оперируют величинами, а в механике—материальными телами. Вся механика построена на моделях. Модель—идеализированное отражение реального процесса или явления, в котором влияние несущественных факторов не учшпывается.
Итак, механика—наука об общих законах движения материальных объектов. В широком смысле движение—это форма существования материи, под которым понимается всякое изменение вообще. Так движение понимал уже Аристотель. Он писал, что «видов движения и изменения столько же, сколько и сущего». В теоретической механике изучается одна из форм движения—механическое движение. Под механическим движением будем понимать изменение взаимного положения тел в пространстве и во времени. Таким образом, механическое движение может осуществляться в пространстве и во времени. На это также указывал еще Аристотель, который отмечал, что «движение невозможно без места, пустоты и времени».
Помимо механического движения теоретическая механика занимается изучением также механических взаимодействий между телами. Мерой механического взаимодействия является сила. Понятие силы относится к числу фундаментальных в механике. Сила—величина векторная, она характеризуется численным значением (модулем силы), направлением действия силы и точкой приложения.
В общем случае движение материальных тел зависит от действующих на них сил, инертности и геометрических размеров. Мера инертности материальных точек и тел—масса (для тел — при поступательном движении). Понятие массы также относится к числу фундаментальный понятий в механике. Геометрические размеры тел характеризуют распределение масс. Последнее оказывает существенное влияние на движение тел.
Важное значение в механике имеет понятие материальная точка. Это понятие охватывает тела, обладающие массой, размерами которых при изучении их движения можно пренебречь. В некоторых
случаях с материальной точкой можно отождествлять движущееся поступательно твердое тело.
По характеру рассматриваемых задач теоретическую механику принято разделять на статику, кинематику и динамику. В статике излагается учение о силах и об условиях равновесия материальных тел под действием сил. В кинематике рассматриваются общие геометрические свойства движения точек тел. В динамике изучаются законы движения материальных точек и тел под действием сил.
V