Динаміка

ДИНА́МІКА (від грец. δυναμισ — сила) — поня­т­тя, що набуло багато­значності у різних аспектах: музичному, методологічному, фізичному. Д. в музиці — сукупність явищ, які повʼязані із за­стосува­н­ням ступ. сили звуку. Осн. градації сили — тихо (piano) і голосно (forte) можуть мати без­ліч похідних, напр., дуже тихо (pianissimo), над­звичайно тихо (piano-pianissimo), в міру тихо (mezzo piano). Пониже­н­ня звуча­н­ня призводить до нового, більш високого, ступ. витримки гучності, що може змінюватися по­ступовим під­силе­н­ням, — таким чином утворюється динамічна хвиля. Градації Д. і їх по­значе­н­ня в музиці мають від­носне значе­н­ня, що залежить від багатьох факторів (типу інструменту, акустики приміще­н­ня). Методол. значе­н­ня набуває термін «Д.», коли його за­стосовують до характеру закономір. зміни якогось числа явищ сусп. життя, популяцій різних факторів у природі, зокрема осіб живої природи.

Д. у ф і з и ц і — це частина механіки, яка ви­вчає причини, що викликають зміни в характері руху різних тіл, а також встановлює кількісні спів­від­ноше­н­ня між фіз. величинами, які характеризують мех. рух. Вона ви­вчає також умови, за яких нерухомі один від­носно одного тіла починають рухатися, а рухомі ж змінюють швидкість свого руху. За законами Д. здійснюють аналіз дії сил, який дає можливість зробити практичні роз­рахунки руху тіл. Серед найвидатніших учених в галузі Д. — Архімед (287–212 р. до н. е.), який описав основи вче­н­ня про рівновагу; Леонардо да Вінчі (1452–1519), дослідник теорії машин і механізмів; М. Коперник (1473–1543), творець геліоцентр. системи руху планет; Й. Кеплер (1571–1630), автор трьох законів руху планет; Ґ. Ґалілей (1564–1642), один із фундаторів Д. тіла; Х. Гюйґенс (1629–98), котрий за­пропонував теорії коливань і дії доцентрових сил; І. Ньютон (1643–1727), один із засн. заг. Д.; Ж. ДʼАлембер (1717–83), роз­робник методу роз­вʼязку деяких задач Д.; Ж.-Л. Лаґранж (1736–1813), автор принципу віртуал. зміщень; М. Остро­градський (1801–61), автор принципу нестаціонар. звʼязків і тих, що звільнюються; М. Жуковський, теоретик основ гідроаеродинаміки і гідравліки; А. Айнштайн, творець теорії від­носності; К. Ціолковський, фундатор балістики і ви­вче­н­ня руху ракет; І. Мещерський (1859–1935), котрий заклав теор. основи механіки тіл змін­ної маси. Значний внесок у роз­виток Д. зробили пред­ставники укр. школи теоретиків М. Боголюбов, О. Давидов, Д. Іваненко, М. Кільчевський, А. Комар, Л. Ландау, В. Лашкарьов, Євген та Ілля Ліфшиці, С. Пекар, К. Синельников, І. Юхновський.

У Д. роз­вʼязують заг. і спец. задачі. Заг. поділяють на два типи: 1-й — ви­значе­н­ня сил, що діють на тіло, на під­ставі кінемат. характеристик руху тіла (у техніці такі задачі виникають при ви­значен­ні сил, з якими рухомі тіла діють на сторон­ні тіла, що обмежують їх рух); 2-й (обернена задача Д.) — описа­н­ня законів руху тіла з урахува­н­ням ві­домих сил, що діють на нього. При ви­вчен­ні руху мех. систем користуються заг. теоремами Д., які можуть бути виведені з дії законів, напр., закону Ньютона. Це, зокрема, теореми про рух центра мас, про зміну кількості руху, моменту кількості руху і кінет. енергії. Ін. шлях роз­вʼяза­н­ня задач Д. — викори­ста­н­ня варіац. принципів механіки (ДʼАламбера, Лаґранжа та ін.), що дає можливість отримувати рівня­н­ня у лаґранжевій формі. Вони справедливі лише в інерцій. системах від­ліку. Прикладом такої системи може бути зоряна система, де точкою від­ліку вважають Сонце, а при роз­вʼязан­ні більшості інж. задач — система, повʼязана з Землею. До неінерцій. систем, тобто таких, які рухаються від­носно інерцій. з при­скоре­н­ням, за­стосовують пере­носну і коріолісову сили інерції. Ін. обмеже­н­ням у за­стосуван­ні законів Д. є роз­мір обʼєкта. Закони Д. не діють для обʼєктів мікросвіту, або таких, які рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла. До спец. задач Д. належать теорія гіро­скопа, теорія мех. коливань, теорія стійкості руху, теорія удару, механіка тіл змін­ної маси, механіка рухомої рідини, теорія пружності і пластичності, гідроаеромеханіка і гідродинаміка, газова Д., небесна механіка і балістика, динаміка машин і механізмів.

Теорія гіро­скопа — роз­діл Д. твердого тіла, що має одну нерухому точку. Рух такого тіла описується низкою властивостей, які є наслідками осн. законів Д. 1-а властивість: вісь 3-ступ. гіро­скопа намагається утримувати стійке первин­не положе­н­ня в просторі. Уперше цією властивістю скори­стався франц. учений Л. Фуко для екс­перим. доведе­н­ня оберта­н­ня Землі навколо осі. 2-а: при дії на вісь (чи рамку) гіро­скопа сили або пари сил, що намагаються спричинити її рух, гіро­скоп починає обертатися з по­стій. кутовою швидкістю навколо осі паралел. лінії дії сил (прецесія). 3-я: нутації гіро­скопа, не­значні колива­н­ня осі навколо її серед. положе­н­ня при певному характері дії сили на вісь гіро­скопа. Гіро­скопи за­стосовують у авіації (у приладах автоматич. керува­н­ня), військ. справі (артилерія), косміч. техніці (прецезійні системи керува­н­ня простор. рухом косміч. апаратів). Провід­ними роз­робниками прецезій. гіро­скопіч. систем в Україні є окремі під­роз­діли Дні­проп. ВО «Пів­денмаш», Нац. аерокосміч. університету «Харків. авіац. ін­ститут»; у світі — Нац. упр. з аеронавтики і космонавтики США (NASA), КБ «Полюс» (м. Томськ, РФ), НВО ім. С. Лавочкіна (Москва) та ін.

Гідроаеромеханіка і гідравліка ви­вчають рівновагу і рух рідких та газоподіб. середовищ, а також їх взаємодію між собою і з твердими тілами. Це найдавніший роз­діл механіки, його основи роз­робили і за­стосували на практиці ще в до­істор. часи у гідротех. (ка­налах, колодязях та ін.) і плавальних (плоти, човни) при­строях. Першим теоретиком основ був Архімед (3 ст. до н. е.), який від­крив закон про виштовхувал. силу, що діє на тіло, занурене в рідину чи газ. Леонардо да Вінчі вперше описав явище опору середовища під час руху тіла в ньому, а Б. Паскаль від­крив закон пере­дачі тиску всередині за­мкненої системи. Емпірично встановлені закони, що описують стан газів і рідин, пояснив І. Ньютон на основі молекулярно-кінет. теорії газу. Так по­стали умови для створе­н­ня гідродинаміки як науки. Значний внесок у роз­виток цього напряму зробили франц. вчені Ж. Лаґранж, О. Коші, нім. Ґ. Кірхгофф, Г. Гельмгольц, рос. П. Жуковський і С. Чаплигін. Теор. й екс­перим. дослідж. в галузі гідроаеродинаміки зосередж. у великих ін­ститутах і наук. центрах США (лаб. NASA з аеронавтики ім. Дж. Маршал­ла, ім. Еймса, ім. С. Ланґлі), Росії (ВАТ «Туполєв»), України (АНТК ім. О. К. Антонова).

Газова Д. — роз­діл гідроаеромеханіки, який почав роз­виватися з появою перших робіт, присвяч. плазмі. За високих т-р рухомий газ уже не можна вважати суцільним середовищем, теор. рівня­н­ня, що описує його стан, — рівня­н­ня Навʼє–Стокса (1845). Першими дослідниками руху вʼязкого стисненого газу були нім. учений Б. Ріманн і англ. В. Ранкін. Вагому роль у становлен­ні газової Д. як само­стій. науки ві­діграла фундам. праця рос. вченого С. Чаплигіна «О газовых струях» («Ученые зап. Моск. університета. Отдел. физ.-мат.», 1902). Нині найбільш інтенсивно роз­виваються два роз­діли цієї науки — Д. плазми та роз­робле­н­ня ре­актив. двигунів і пального для них.

Динаміка машин і механізмів — роз­діл Д., що ви­вчає з урахува­н­ням діючих сил закони руху частин механізмів (ланцюгів), принципи регулюва­н­ня їх руху, втрат на тертя, реакцій у кінемат. парах, а також умови врівноваже­н­ня машин і механізмів. Новим у цьому напрямі є, зокрема, за­стосува­н­ня про­грам. забезпече­н­ня в керуван­ні механізмами, енергет. під­хід до роз­вʼяза­н­ня неліній. задач згину пластин різної форми, роз­робле­н­ня маніпуляц. механізмів у робототехніці.

Завантажити статтю