§ 44. Возникновение понятия работы
|
Понятие работы возникает первоначально в технике как характеристика работоспособности водоподьемных машин, а затем проникает и в механику. Уже в XVIII в. в качестве такой оценки применяют величину, равную количеству воды, которая поднимается на определенную высоту за определенный промежуток времени. Так, например, в руководстве по горному делу Шлаттера, вышедшем в России в 1760 г., используется понятие мощности. Описав водоподъемную паровую машину Ньюкомена, автор пишет:
«Когда оная машина исправно учреждена, то каждый час вышиной на сорок шесть сажен пятьсот восемьдесят ведер воды поднимает»1. О работе как о величине, характеризующей действие машины, говорится в механике Котельникова, опубликованной в России в 1774 г. Автор пишет: «Действие махины, или действующия посредством ея силы, равно тягости, умноженной на перейденный ею путь»2. В 1783г. французский инженер, ученый и видный деятель французской революции Лазарь Карно издал сочинение «Опыт о машинах вообще», в котором было введено понятие работы (Moment d’activite). «Если сила Р — писал Карно, — движется со скоростью и, и угол, образованный и и Р будет | то величина Pcosξudt где dt — элемент времени, будет названа моментом деятельности (moment d’activite) произведенным силой Р в течение времени dt»3. В последующей работе «Основные принципы равновесия и движения» (1803) Карно называет этой величиной просто произведение силы на путь и на косинус угла между ними4. Карно показал, что введенная им величина связана с «живой силой» тела так, что изменение последней равно совершенной работе. Эта величина, считал Карно, является очень важной в теории машин и механизмов: «...величина, которую я назвал моментом деятельности, играет большую роль в теории движущихся машин; эта та величина, которую максимально берегут, чтобы извлечь из действующей силы весь эффект, на который она способна»5. Карно исследовал также вопрос о потере «живой силы» при передаче энергии в механизмах. Он установил, что это имеет место при трении или ударе. Карно доказал теорему о потере «живой силы» при неупругом ударе, известную в механике как теорема Карно. Из этой теоремы следует, что нужно избегать конструкций, в которых изменение скорости деталей при передаче движения происходит скачком. Понятие работы начинают употреблять все чаще и чаще, появляется и сам термин «работа». Этот термин уже используют французский ученый Понселе, затем Кориолис. Теорема «живых сил» формулируется как теорема, утверждающая, что изменение «живой силы» равно совершенной работе. Понятие работы и соответствующая теорема «живых сил» проникают и в труды по теоретической механике, однако они рассматриваются как предметы прикладной механики. Так, например, в лекциях немецкого математика К. Якоби по теоретической механике, прочитанных им в 1842— 1843 гг., хотя и упоминается об этой теореме, но автор относит ее к машиноведению. Он пишет: «Происхождение выражения «живая сила» объясняется тем значением, которое этот принцип имеет в машиноведении, основой которого он стал со времени Карно. В этой дисциплине установлено, что половина живой силы, т. е. 1/2(∑mivi2), равна работе машин или, как выражаются в этих практических вещах, 1/2(∑mivi2), есть то, что оплачивается в машине»6. Таким образом, к началу 40-х годов XIX в. в механике сложилось понятие работы, правда, нужно отметить, что термин «работа» еще не получил всеобщего распространения; наряду с ним использовали термин «механический эффект» и т. п. Понятие работы получило распространение пока еще главным образом в рамках прикладной механики. В аналитической механике это понятие употребляли редко. Следует отметить, что с установлением понятия работы получает конкретное выражение в рамках механики и общий принцип невозможности вечного Двигателя, принцип, который уже давно признавали большинство ученых. Однако хотя многие ученые рассматривали этот принцип как всеобщий, тем не менее его конкретный смысл и характер применимости к немеханическим процессам оставался пока еще не вполне ясным и требовал анализа и изучения. 1Шлаттер II. Обстоятельное наставление рудному делу. СПб., 1760, с. 168. 2Котельников С. Книга, содержащая в себе учения о равновесии и движении тел. СПб., 1774, с. 10. 3Carnot L. Essai sur les machines en general, nouvell edition, a Dijeon, 1786, p. 65. 4Carnot L. Principes fandamentaux de l’equilibre et du mouvement. Paris, 1803, p. 38—39. 5Там жe, p. 257. 6Якоби К. Лекции по динамике. Л.—М., ОНТИ, 1936, с. 20. |
загрузка...