© сайт "Знания-сила".
Читайте начало, часть 1

Крупные успехи были достигнуты русскими исследователями и в изучении трения — в одной из самых сложных и важных областей наук о машинах.

Борьба с трением, правильно разработанный режим смазки имеют огромное значение в технике. В конце XIX века, когда промышленность развивалась особенно бурно, от правильного решения этих проблем зависел дальнейший прогресс техники, успех борьбы за высокие скорости и большие мощности. Русский учёный Николай Павлович Петров (1836 — 1920), впоследствии почетный академик, опубликовал в 1883 году в «Инженерном журнале» работу о трении в машинах. Он осветил одно из самых «темных» мест механики. Большое внимание уделил учёный проблеме смазывания трущихся поверхностей.

Петров доказал, что правильно смазанные твёрдые поверхности не приходят в соприкосновение: их разделяет жидкая плёнка. «Если же, — писал он, — жидкий слой, смазывающий два твердых тела, вполне отделяет их одно от другого, то непосредственного трения твёрдых тел уже, очевидно, не может быть». Таким образом, трение в смазанном подшипнике имеет иную природу, нежели трение «сухое»; оно складывается из трения между твердым телом и жидкостью и трением, возникающим при вращении в слоях самой жидкости.

Чтобы провести расчёт действующих здесь сил продолжал Петров, машиностроители должны призвать на помощь гидродинамику — науку, изучающую движущиеся жидкости.

Труд Петрова «Трение в машинах» положил начало классической гидродинамической теории трения. Развитию и углублению этой теории учёный посвятил много работ, вошедших в золотой фонд современной механики.

Формула Петрова, позволяющая определить силу трения в зависимости от качеств смазочной жидкости, скорости движения и давления на единицу трущейся поверхности, — одна из важнейших инженерных формул. Механики пользуются ею в своей повседневной работе.

В последней четверти ХIХ века начал творческую. деятельностьНиколай Егорович Жуковский (1847—1921). Всем известны его бессмертные заслуги в создании авиационной науки. Однако авиацией далеко не исчерпывается круг вопросов механики, интересовавших Жуковского. Он написал исследования о турбинах, ткацких машинах, велосипедных колесах, речных судах, мукомольнях и т.д.

Крупной научной победой Жуковского является доказательство теоремы о так называемом жестком рычаге. Значение этого труда неизмеримо велико. Почти в каждом механическом устройстве мы найдем либо рычаги, либо их разновидности: ворот, шкивы, шестерни.

Кинематический метод силового расчета механизмов, разработанный Жуковским, служит любому инженеру-механику.

Этот метод только часть, только звено в той стройной теории механики, в которой Жуковский слил воедино кинематику, кинемостатику и динамику механизмов.

Немало замечательного дала механике и выдающаяся женщина-математик Софья Васильевна Ковалевская, за творчеством которой с живейшим интересом следил Чебышев. Она оставила блестящие исследования вращения твёрдого тела вокруг неподвижной точки.

Тело, вращающееся вокруг неподвижной точки, — это волчок. Много чудесных свойств возникает во вращающемся волчке. Он необыкновенно устойчив, несмотря на то, что кружится на острие. Он не упадет, если даже его толкнуть, а отклонится от удара, вывернется в сторону. Всеми силами противится волчок попыткам изменить первоначальное положение его оси.

В природе и технике мы часто можем встретить тела, обладающие свойствами волчка, хотя и не похожие на него внешне. Это Солнце, планеты, снаряды, пули, колеса, маховики, шкивы — словом, все быстро вращающиеся тела. Ясно поэтому, какое огромное значение имеет проблема волчка и как важно её решение для всевозможных вопросов практики.

Свойства волчка уже давно интересовали учёных. Исследовать движение волчка, описать его поведение языком математики стремились и Л. Эйлер, и Ж. Лагранж, и Л. Пуансо. Но и эти крупнейшие учёные смогли только частично решить проблему волчка, а после них долгое время никому из ученых не удалось достичь каких-либо заметных успехов в развитии механики вращающегося тела. С. В. Ковалевская смело принялась за теорию волчка и своим трудом о «вращении твердого тела вокруг неподвижной точки» продвинула эту теорию далеко вперед.

Существенных успехов достигли российские ученые в создании теоретических основ одного из важнейших производственных процессов — процесса резания.

Резание — это точение на токарных станках, это фрезерование, сверление, строжка, протягивание, шлифовка — все то, что принято называть «холодной обработкой металлов». Резание — один из старейших способов придать изделию нужную форму. Многими тысячелетиями отделен от нас тот момент, когда впервые острие инструмента, зажатого в руке человека, сняло стружку: с дерева или кости. Но до середины XIX века когда на заводах всего мира работали уже десятки тысяч металлорежущих станков, сущность процесса резания оставалась неизвестной.

Производственники не имели правильного представления о том, что происходит с металлом в момент, когда лезвие резца впивается в него и отделяет от него слой стружки. Токари подбирали режимы резания, углы заточки инструмента, основываясь на одном только опыте.

По-научному подошёл к проблеме резания учёный Иван Тиме, опубликовавший в 1870, году труд «Сопротивление металлов и дерева резанию» — плод своих многолетних исследований.

Более трехсот опытов проделал он на станке, оснащенном специальным приспособлением, позволявшим изучать процесс резания во всех подробностях. Тиме резал сталь, чугун, железо, цветные металлы. Результаты этих исследований легли в основание первой теории резания.

Тиме установил главные законы резания. Учёный показал, что в момент снятия стружки под действием резца в металле происходит постепенное непрерывное разрушение частиц, а стружка отделяется в результате скалывания частиц. Русский учёный дал научно обоснованные таблицы резания и формулы, которые перешли затем во все руководства по металлообработке.

В 1893 году с теорией резания выступил профессор К.А. Зворыкин. Исходя из исследований, в которых применялся изобретенный им прибор для измерения сил резания, Зворыкин предложил формулу, позволяющую установить зависимость толщины снимаемой стружки от силы, действующей на инструмент.

Три года спустя, в 1896 году, другой наш учёный, А.А. Брикс, выпустил в свет книгу «Резание металлов», где дал научную разработку режимов резания, показал, какие углы резания, какие режимы следует применять при обработке металла той или иной твердости.

Большое значение для продвижения вперед науки о резании металла имели работы Я.Г. Усачева — талантливого техника мастерских Петербургского политехнического института.

Усачев начал исследования микроструктуры металлической стружки, стал фотографировать микрошлифы, полученные из металла стружек. Это позволило ему в подробностях изучить процессы, происходящие в стружке в момент отделения ее от обрабатываемого изделия. Усачев положил начало исследованию одного из важнейших явлений, сопровождающих резание, — выделение тепла.

Огромное значение как для теории механики, так и для практики инженерного дела имели работы по научной классификации механизмов. Нужда в такой классификации была необычайно велика. К началу XX века существовало уже огромное количество самых разнообразных механизмов, и с каждым днем их становилось всё больше. Здесь были и простые механизмы, состоящие из какой-либо пары рычагов и колёс, и сложнейшие сочленения множества шестерен, колес, рычагов и других деталей. Разобраться в многообразии машин и механизмов можно было, только установив единый принцип, который позволил бы разделить их на определенные группы.

Первые попытки создать классификацию машин относятся к XVIII веку: французский ученый Монж ещё тогда попробовал навести порядок в мире механизмов. Однако классификация Монжа получалась столь громоздкой, что ученый, доведя составление её до 21-го класса, прекратил свою работу.

Позднее за разработку классификации механизмов брались многие учёные — Гашет, Бетанкур, Виллис. Некоторые из них предлагали положить в основу классификации характер преобразования движения, производимого механизмом. В одну группу здесь зачислялись механизмы, преобразующие прямолинейное движение в круговое, в другую — круговое в криволинейное и т.д. Виллис предложил классифицировать механизмы по характеру превращения ими скоростей. Но все эти системы оказались недостаточно жизненными. Явно однородные механизмы зачислялись этими классификациями в разные группы. Задача создания действительно научной система́тики механизмов долгое время оставалась нерешенной.

Научную классификацию предложил и русский ученый Л.В. Ассур (1878 — 1920).

Он пришел к выводу, что любой, даже самый сложный, механизм можно рассматривать как сочетание нескольких более простых элементов. Образование механизмов по Ассуру можно представить как своеобразное наслоение таких элементов. Анализ этих-то составных частей механизма и положил ученый в основу своей классификации.

Тончайший вопрос теоретической механики нашёл своё разрешение в трудах русского учёного И.В. Мещерского (1859—1935) — автора классического учебника и задачника по теоретической механике.

Выдающийся теоретик Мещерский основал новый раздел науки — механику тела с переменной массой. Это, как казалось когда-то, далёкое от практики исследование с развитием техники, особенно в наши дни, приобрело исключительное значение. К телам с переменной массой, главные законы движения которых установил Мещерский, принадлежит и ракета: во время полёта масса её по мере сгорания топлива резко меняется.