История развития расчетов изгибаемых элементов на прочность от доисторических времен до Галилея

Мордовский  государственный  университет 

им. Н.П. Огарева

Архитектурно-строительный факультет 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

по  дисциплине

«История  строительного дела» 

на  тему: 
 

«История  развития расчетов изгибаемых элементов на прочность 

от  доисторических времен до Галилея» 
 
 
 

Выполнил: студент 205 гр.

                      II курса ГСиХ 

                      Болисов С.

Проверил: Балахно В.М. 
 
 
 
 
 
 

г. Саранск, 2009 г.

    ВВЕДЕНИЕ 

    Ни  у кого не возникает сомнений, что  изучение истории науки имеет  принципиальную важность. Но, не смотря на это, до сих пор до конца не ясно, что конкретно следует изучать, а что стоит оставить вне науки. Те же самые проблемы преследуют и историю развития расчетов изгибаемых элементов на прочность. Ведь, желание получить полный охват знаний по этой науке, не вдаваясь в подробности, может привести лишь к поверхностным знаниям и не дать абсолютно никаких результатов.

    Многие историки условно делят всю историю расчетов в науке «Строительная механика» на два обширных периода: догалилеевский и галилеевский. Естественно, внутри каждого из них можно выделить не менее обширные временные и категориальные периоды, но в своей работе я коснусь только одного из них и, т.к. он сам по себе не столь богат на открытия и принципиальные выводы, особого смысла в этом нет. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ДОГАЛИЛЕЕВСКИЙ  ПЕРИОД 

    Разумеется, понятие «изгибаемый элемент» появилось  не с первого дня жизни человека на планете, но это не значит, что  таковых не было. И, более того, они и в те незапамятные времена встречались повсеместно. Все это привело к достаточно быстрому появлению и развитию ученых трудов, направленных на изучение количественных и качественных характеристик таких элементов. Так, например, еще в III веке до н.э. одним из учеников Аристотеля было написано сочинение «Проблемы механики», в котором впервые и был поднят вопрос о зависимости прочности изгибаемого стержня от его длины и толщины. Но, поскольку, никаких фундаментальных умозаключений сделано не было, попытки других ученых разъяснить вопросы, относящиеся к изгибу, не прекращались.

    Пожалуй, самой заметной фигурой за весь догалилеевский период можно назвать выдающегося  мыслителя и ученого Леонардо да Винчи. Его записи и работы позволяют предположить, что именно он стал первым до Галилея, кто имел правильные представления о зависимости прочности однопролетных свободно опертых на концах балок от размера пролета и величины груза, приложенного посередине. Он действительно правильно опытным и эмпирическим путями выяснил, что требуемая прочность балки в таком случае пропорциональна произведению груза на расстояние между имеющимися опорами.

    В другом своем опыте Леонардо сравнил  две консольные балки одинаковой длины с грузами на концах. Исследовав результаты эксперимента, он сделал такой  вывод: если одна балка толще другой в 2 раза, то она выдержит груз в 4 раза тяжелее. Самое интересное — это то, что если Леонардо испытывал балки с прямоугольным сечением одинаковой ширины, но разной высоты, то, очевидно, да Винчи абсолютно правильно определял понятие, сходное с современным моментом прочности.

    Кроме того, великий ученый выяснил фактор, определяющий условие разрушения балки  — это произведение груза, висящего на ее конце, на расстояние от заделки. Начиная с этого момента, четко просматривается понятие об изгибающем моменте.

    Очень близким к вопросу о прочности изгибаемых элементов имеет определение опорных реакций балок. Изучению этой проблемы свой труд «Книга опор» посвятил величайший древнегреческий математик, механик и инженер Архимед. К сожалению, полностью эта работа до наших дней не сохранилась. Единственным источником, где она упоминается в качестве опорной базы, является «Механика» Герона Александрийского. Именно в этой книге приведено правильное решение для разрезных балок, несущих как распределенную нагрузку, так и сосредоточенные грузы.

    В процессе решения задачи для разрезной  балки с консолями Архимед  использовал ошибочные рассуждения, это и привело его к ошибочным  результатам, хотя ошибка и была сравнительно невелика. Позже, перейдя к неразрезным  балкам, Архимед почему-то не находит между ними разницы и остается при своем мнении, что найденное для разрезных балок решение, остается справедливым и в этом случае. Конечно, в настоящее время ошибочность такого умозаключения очевидна, но следует заметить, что максимальная расчетная погрешность составляет всего 25%, а при увеличении числа пролетов до бесконечно большого и вовсе исчезает. Важно принять к сведению, что во времена Архимеда нахождение абсолютно правильного решения данных задач не было возможным в принципе, так как для этого нужно было уметь находить упругие деформации, а древнегреческие ученые не располагали такими средствами. Более того, из-за того, что эти деформации на глаз практически не заметны, мысль об их появлении не могла появиться и вовсе.

    Разные  рассуждения и работы в области недеформируемых материалов продолжались вплоть до XIX века. В них в разные периоды времени принимали участие такие известные ученые, как англичанин Роберт Гук, который проводил эксперименты, подтверждающие факт отсутствия абсолютно твердых тел применительно к дереву; француз Шарль Кулон, исследовавший каменные материалы. Долгое время бесплодно старались рассчитать неразрезную балку, полагая ее абсолютно жесткой. Такую попытку еще в начале XIX века предпринял Шарль Фурье. Первым же, кто правильно решил эту задачу стал Иоганн Эйтейльвейн, случилось это в 1808 г. 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

    Начиная с XVII века и до сегодняшнего дня было создано немало теорий, призванных раскрыть природу прочности и упругости тел. Их уровень рос вместе с развитием сопряженных наук, в первую очередь, физики и математики.

    В целом можно сказать, что из всех теорий, трудов и других работ как  самая важнейшая и полезнейшая  должна рассматриваться «Книга опор»  Архимеда. Даже в те далекие времена  она позволяла использовать сделанные в ней расчеты и выводы для нахождения нагрузки на опоры балок с максимально достаточной для того времени точностью.

    Остальные же ученые в своих трудах, безусловно, раскрывали многие важные моменты, которые, хоть, и не были фундаментальными, но, тем не менее, очень сильно способствовали дальнейшему развитию этой науки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

1. «История  развития расчетов на прочность, жесткость  и устойчивость» / В.А. Карташов. —  Саранск: Изд-во Мордов. унт-а, 1993.–116 с.

2. «История  строительной техники» / под общ. редакцией В.Ф. Иванова. — Ленинград/Москва: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962.–561 с.

3. «Эволюция механики в ее взаимной связи с техникой» / А.П. Мандрыка. — Ленинград: Изд-во «Наука», 1972 г.