История физики 3

Анкіано, коло Вінчі —  2 травня 1519 в замку Кло-Люсе, Амбуаз) — видатний італійський

вчений, дослідник,  винахідник і художник, архітектор,  анатоміст і інженер, одна з найвизначніших постатей італійського Відродження.

Важливим джерелом для вивчення поглядів Леонардо да Вінчі є його записні книжки і рукописи (близько 7 тисяч аркушів), написані розмовною італійською мовою, бо Леонардо не знав латини. Сам він не залишив систематичного викладення своїх думок.

з права наліво, хоча інколи, наприклад, для переписки з офіційними

особами, він використовував звичайний стиль письма. Найцікавіше те, що винахідник спеціально допускав помилки в кресленнях, щоб запобігти, говорячи мовою сьогодення, промисловому шпигунству.

Рукопис Леонардо да Вінчі

Ідея підшипника, як багато хто вважає, народилася ще в часи Римської імперії, але історики вважають, що саме в зошитах да Вінчі з'явилися перші креслення підшипника. Багато пристроїв, придуманих генієм, не працювали б без підшипників. Але, як і у випадку з багатьма іншими концептами винахідника, підшипник довелося заново винаходити комусь ще.

Підшипник

сили тяжіння, яка тягне вниз, і опору атмосфери, в якій

воно падає. У відсутності атмосфери падаюче тіло просто розганятиметься до величезної швидкості, поки не впаде на поверхню, але повітря уповільнює падіння до тих пір, поки тіло не досягне так званої граничної швидкості. В різних об'єктів різна гранична швидкість. У людини, падаючої в атмосфері Землі, — парашутиста, наприклад, — ця швидкість складає приблизно 193,1 км/ч. Да Вінчі, будучи зачарованим ідеєю людини, що літає, задумав свій парашут як засіб для дрейфу по повітрю. Його пірамідальна структура була драпірована тканиною. Як писав да Вінчі в своїх нотатках, такий пристрій дозволив би людині «впасти з будь-якої висоти без яких-небудь травм і пошкоджень». Дослідники природи двадцять першого століття, що реалізували задум да Вінчі, визнали, що він працює в точності, як той передбачав.

Парашут

би підняти людину в повітря, як птицю. На папері орнітоптер

більше схожий на птицю (або кажана), чим на сучасний літак. Його крила почнуть працювати після того, як пілот оберне рукоятку. Цей винахід демонструє глибоке розуміння аеродинаміки да Вінчі. Сучасні спроби відтворити орнітоптер показали, що той дійсно міг літати — якби його підняли в повітря.

Автомобіль за ескізами Леонардо да Вінчі

Дерев’яний візок да Вінчі був триколісним і приводився в рух заводним пружинним механізмом. Два задні колеса були незалежні один від одного, а їх обертання вироблялося складною системою шестерінок. Окрім переднього колеса, було ще одне — маленьке, поворотне, яке розміщувалося на дерев'яному важелі.

гармати підіймальним блоком, що дозволяв коректувати кут стрільби і підвищити

точність поразки. Це був дійсно цікавий винахід, який міг би стати середньовічним аналогом систем залпового вогню. Механізм цього кулемета простий. Да Вінчі запропонував зібрати 11 мушкетів на прямокутній дошці, а після скласти три таких дошки в трикутник. Помістивши вал посередині, можна було б обертати всю цю конструкцію так, щоб один набір з 11 знарядь стріляв, поки два інших остигають і перезаряджаються. Після цього весь механізм перевертався і давав черговий залп.

черепаху, яка нащетинилася 36 знаряддями з усіх боків. Він був

оснащений системою зубчастих коліс, які складали послідовність. Вісім чоловік було захищено зовнішньою оболонкою, тому могли доставити пішим ходом такого «їжака» прямо в гущавину битви, не будучи пораненими. Схема броньованого танка в нотатках да Вінчі містить забавний недолік: колеса для руху вперед крутилися в протилежну сторону від задніх коліс. Побудований таким чином, танк не міг би рухатися. Да Вінчі був дуже розумний, щоб допустити таку прикру помилку, тому історики привели декілька причин, по яких винахідник допустив такий промах свідомо. Можливо, він дійсно не хотів, щоб ця машина була побудована. Інший варіант — він боявся, що схема попаде до ворогів, тому зробив помилку, щоб переконатися, що ніхто окрім нього не зможе побудувати танк.

Броньований танк

описав прилад для підводного занурення, дихальний апарат для підводного плавання.

Всі винаходи Леонардо лягли в основу сучасного підводного спорядження. Крім того, да Вінчі пропонував слухати звуки підводного світу, приклавши вухо до весла, опущеного у воду. Хотів створити лижі для ходіння по воді і акваланг — пристрій, що дозволяє дихати під водою.

Модель механічної людини і схема внутрішньої будови

Вважається, що в 1495 році Леонардо да Вінчі вперше сформулював ідею «механічної людини», інакше кажучи — робота. За задумом майстра, цей пристрій мав бути манекен, одягнений в рицарську зброю і здатний відтворювати декілька людських рухів. Перший механічний пристрій, віддалено схожий на те, що було запропоноване да Вінчі, сконструював французького механіка Жак Вокансон в 1738 році.

Літальна машина виглядала як величезна вертушка. «Лопаті» вертольота були зроблені

з льону. Якщо їх розкрутити досить швидко, вони могли б створити тягу, аеродинамічне явище, яке дозволяє літакам і вертольотам літати. Повітря створило б тиск під кожною з лопатей, тим самим піднявши машину, що літає, в небо.

Повітряний гвинт

Міста майбутнього

Міст Леонардо да Вінчі

«Ідеальне місто» да Вінчі було розділене на декілька рівнів, в кожному з яких була мінімальна антисанітарія, а мережа каналів сприяла швидкому видаленню відходів. Вода повинна була поступати в будівлі за допомогою гідравлічної системи, яка служила прототипом сучасної.

англійський природодослідник, учений-енциклопедист, що зіграв важливу роль у науковій революції сімнадцятого

століття.

Роберт Гук найбільше відомий за свій закон пружності (закон Гука). Також його часто згадують як «батька мікроскопії» — саме Гук увів термін клітина для найменшої живої частинки. Гук разом із Робертом Бойлем створили вакуумний насос, що використовувався у експериментах Бойля з газами. Гук був відомим архітектором свого часу та головним землеміром Лондона після Великої пожежі. Він збудував один із перших  григоріанських телескопів, спостерігав за обертаннями Марса  та Юпітера і, спираючись на свої досліди викопних решток, був прихильником теорії біологічної еволюції. На основі досліджень явищ  заломлення світла, розробив хвильову теорію світла. Він був першим, хто припустив, що тіла розширюються при нагріванні і що повітря складається із дрібних частинок, які розділені порівняно великими відстанями.

вигинами, і напруженнями, що спричиняють їх (закон Гука);
правильне формулювання закону всесвітнього

тяжіння (пріоритет Гука оспорювався Ньютоном, але, мабуть, не в частині формулювання; крім того, Ньютон стверджував про незалежне і раніше відкриття цієї формули, яку, проте, до відкриття Гуком нікому не повідомляв);
відкриття кольорів тонких пластинок (тобто зрештою явища  інтерференції світла);
ідея про хвилеподібне розповсюдження світла (більш-менш одночасно з Гюйгенсом), експериментальне обґрунтування її відкритою Гуком інтерференцією світла, хвильова теорія кольору;
гіпотеза про поперечний  характер світлових хвиль;
відкриття в акустиці, наприклад, демонстрація того, що висота звуку визначається  частотою коливань;
теоретичне положення про сутність тепла як рухів частинок тіла;
відкриття постійності температури танення льоду і кипіння води;
жива клітина (за допомогою вдосконаленого ним мікроскопа; Гуку ж належить сам термін "клітина" - англ.  cell);
безпосередній доказ обертання  Землі  навколо Сонця зміною паралаксу зірки γ Дракона (у другій половині 1669 р.).

малюнок з «Мікрографії» Гука (1665)

малих пружних деформацій.
Закон Гука для випадку одновісного напруженого стану
У своїй найпростішій

формі закон Гука записується для деформації довгого тонкого стрижня  або пружини
,
де F — сила, k — коефіцієнт жорсткості, х — видовження.
Ця формула не враховує зміни поперечних розмірів стрижня при розтягу. Крім того коефіцієнт жорсткості — це властивість стрижня, а не властивість матеріалу, з якого він виготовлений.
Запис закону Гука через напруження і відносні деформації дає можливість виключити вплив конструктивних особливостей стрижня  на вид залежності між силовим параметром і деформацією. Для випадку лінійного навантаження закон Гука має вигляд:
,
де: σ — механічне напруження, визначається, як сила,
що припадає на одиницю площі поперечного перерізу тіла;

 — величина відносної деформації (відносне видовження);
E — модуль Юнга.

напруженого стану у випадку ізотропного матеріалу може бути записаний у

вигляді системи рівнянь:

                       
                       
                       

для деформацій зсуву

для лінійних деформацій

де:
ε —  деформація розтягу-стиску в точці,
σ — напруження розтягу-стиску,
γ — деформація зсуву (кутова) в точці,
τ — напруження зсуву (дотичне напруження) в точці,
G — модуль зсуву,
E — модуль Юнга
    — коефіцієнт Пуассона.

Закон можна сформулювати так: компоненти тензора деформації в даній точці тіла знаходяться в лінійній залежності від компонентів тензора напруження тієї ж точки.

а              — тензор четвертого рангу, який називається тензором модулів пружності і є

характеристикою  речовини.
Закон Гука був сформульований Робертом Гуком у 1660.

Коливання гармонічного осцилятора, для якого справедливий закон Гука

Закон Гука: сила пропорційна видовженню

один з творців хвильової теорії світла.

В 1807 році в двотомній

праці «Курс лекцій з натуральної філософії і механічного мистецтва» Юнг узагальнив результати своїх теоретичних і експериментальних робіт по фізичній оптиці (термін ввів Юнг) і виклав свої дослідження по деформації зрушення, ввів числову характеристику пружності при розтягуванні і стискуванні — так званий модуль Юнга. Він вперше розглянув механічну роботу як величину, пропорційну енергії (сам цей термін ввів Юнг), під якою розумів величину, пропорційну масі і квадрату швидкості тіла.

Механіка і теорія пружності

ізотропних речовин, один із модулів пружності.
Позначається латинською літерою E (від

англ. Elasticity), вимірюється в Па, переважно в гігапаскалях. Часто його називають модулем пружності першого роду.
Модуль Юнга встановлює зв'язок між деформацією розтягу й механічним напруженням направленим на розтяг.




де: σ — механічне напруження, визначається, як сила, що припадає на одиницю площі поперечного перерізу тіла,

— величина відносної деформації (відносне видовження).

Наведена формула справедлива при малих пружних деформаціях.

Модуль Юнга