Сайт П.А.Жилина

П.А. Жилин. Из книги “ Теоретическая механика. Фундаментальные законы механики”. Учеб. пособие. СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. (Стр. 7-9).

Рациональная механика и рациональная физика

У большинства выпускников технических вузов складывается устойчивое мнение о том, что теоретическая механика — это давно законченная и уже закрытая глава науки, что в ней нет места для развития и новых открытий. Между тем, классическая механика в XX веке развивалась весьма интенсивно и претерпела существенные изменения. Главное изменение связано с переходом на фундамент эйлеровой механики, являющейся естественным развитием ньютоновой механики. При этом все, что было достигнуто ранее, полностью сохраняется и не требует никаких изменений. Основное отличие эйлеровой механики от ньютоновой механики заключается в более полном и последовательном учете спинорных движений. Уравнения баланса количества движения и кинетического момента становятся независимыми законами. Понятие силы сохраняется, но момент уже не полностью определяется силами, а является самостоятельной сущностью. В дополнение к классической эйлеровой механике в данном курсе добавлен еще один фундаментальный закон - уравнение баланса энергии. Соответственно, в рассмотрение введены такие понятия, как внутренняя энергия, температура, энтропия и химический потенциал. Все они вводятся на элементарных примерах чисто механических задач.

Цель, которую ставил перед собой автор, заключается в том, чтобы представить современную рациональную механику в том виде, как она создавалось и совершенствовалось на протяжении трех тысячелетий многими поколениями творцов, включая тех, кого не принято возводить в ранг великих. При этом автор стремился к предельной простоте изложения и тщательно избегал необязательной математической формализации. Под простотой понимается достаточно подробное изложение, но никак не упрощение фундаментальных понятий. Упрощенное изложение фундамента механики было бы оправданным, если бы в программах высшей школы был бы представлен полный курс рациональной механики. К сожалению, этого нет. Многочисленные спецкурсы по механике широко используют весьма непростые фундаментальные понятия механики в предположении, что эти понятия уже были введены ранее, что не соответствует действительности. В результате, многие важнейшие понятия остаются, по существу, чисто интуитивными представлениями с неясной областью применимости. В качестве общеизвестных примеров таких понятий отметим понятия воздействий, энергии, температуры, энтропии.

Ejler (3K)
Л.Эйлер
Более того, сложился устойчивый миф о том, что классическая механика базируется на трех законах Ньютона, хотя неполнота ньютоновой механики была указана Л. Эйлером еще в конце XVIII века. Более общая эйлерова механика с активным применением основных понятий термодинамики широко используется в научных исследованиях с конца XIX века, но до сих пор не отражена в существующих учебниках. Ограниченность ньютоновой механики ярко проявилась в ее неспособности дать полноценное описание явлений электромагнетизма, а в начале XX века к ним добавились явления, которые в настоящее время принято описывать в рамках квантовой физики.
nnyuton (4K)
И.Ньютон
В настоящее время уже стало очевидным, что главной причиной ограниченности ньютоновой механики является игнорирование в ней спинорных движений, играющих главную роль в микромире. Поэтому переход механики на фундамент эйлеровой механики стал настоятельной необходимостью. В настоящее время фундамент механики существенно расширен и укреплен.

В данном курсе автор видел свою задачу в том, чтобы представить этот укрепленный фундамент механики в максимально ясной форме. При этом важно было подчеркнуть эволюционный и преемственный характер развития основных идей механики. При изложении механики существует трудно преодолимое искушение как можно скорее перейти к демонстрации уникальных возможностей механики при решении конкретных задач, составляющих золотой фонд механики, принося при этом в жертву ясное описание основных понятий и фундаментальных законов рациональной механики. Существующие книги и учебники по механике, как правило, делают свой выбор в пользу экскурсии по золотой кладовой механики. В результате и сложилось мнение о том, что с фундаментальной точки зрения механика является завершенной главой современной науки, которая неспособна описывать, например, явления микромира. Многочисленные конкретные приложения механики могут быть изложены в спецкурсах механики. Но ни в одном спецкурсе не обсуждаются понятия времени и пространства, понятия сил и моментов, общие формулировки фундаментальных законов, понятия энергии, температуры, энтропии, химического потенциала и т.д. В спецкурсах все эти понятия широко используются, но остаются непонятными подлинный смысл и происхождение этих понятий. Более того, нетрудно убедиться, что все перечисленные фундаментальные понятия остались за рамками уже устоявшихся наук: механики, физики, термодинамики. В настоящее время ситуация такова, что единственным курсом, в котором уместно и возможно вводить эти понятия, является курс “Теоретическая механика”, назначение которого служить введением в рациональную механику и рациональную физику. Конечно, можно попытаться в рамках курса “Теоретическая механика” научить студентов методам решения практических задач. Добиться этого можно, но только в результате жертвы, а именно ценой отказа от обсуждения фундаментальных понятий, ибо на то и другое времени просто не хватает. Жертва велика, а каковы плоды? Они не столь значительны и, к тому же, стремительно обесцениваются. В современном мире компьютерных технологий многие традиционные методы решения практических задач необратимо девальвируются.