Теоретическая механика

Теоретическая механика (в обиходе — теормех, реже — термех) — наука об общих законах механического движения и взаимодействия материальных тел. Будучи по существу одним из разделов физики, теоретическая механика, вобрав в себя фундаментальную основу в виде аксиоматики, выделилась в самостоятельную науку и получила широкое развитие благодаря своим обширным и важным приложениям в естествознании и технике, одной из основ которой она является. На основных законах и принципах теоретической механики базируются многие общеинженерные дисциплины, такие, как сопротивление материалов, строительная механика, гидравлика, теория механизмов и машин, детали машин и другие. На основе теорем и принципов теоретической механики решаются многие инженерные задачи и осуществляется проектирование новых машин, конструкций и сооружений.

По Ньютону, «Рациональная механика есть учение о движениях, производимых какими бы то ни было силами, и о силах, требуемых для производства каких бы то ни было движений, точно изложенное и доказанное».

Из предисловия к учебнику А. П. Маркеева «Теоретическая механика»: «Как фундаментальная наука теоретическая механика была и остаётся не только одной из дисциплин, дающей углублённые знания о природе. Она также служит средством воспитания у будущих специалистов необходимых творческих навыков к построению математических моделей происходящих в природе и технике процессов, к выработке способностей к научным обобщениям и выводам».

В физике

В физике под «теоретической механикой» подразумевается часть теоретической физики, изучающая математические методы классической механики, альтернативные прямому применению законов Ньютона (так называемая аналитическая механика). Сюда входят, в частности, методы, основанные на уравнениях Лагранжа, принципе наименьшего действия, уравнении Гамильтона — Якоби и др.

Следует подчеркнуть, что аналитическая механика может быть как нерелятивистской — тогда она пересекается с классической механикой, так и релятивистской. Принципы аналитической механики являются настолько общими, что её релятивизация не приводит к фундаментальным трудностям.

В технических науках

В технических науках под «теоретической механикой» подразумевается набор физико-математических методов, облегчающих расчёты механизмов, сооружений, летательных аппаратов и т. п. (так называемая прикладная механика или строительная механика) . Практически всегда эти методы выводятся из законов классической механики — в основном, из законов Ньютона, хотя в некоторых технических задачах оказываются полезными некоторые из методов аналитической механики.

Теоретическая механика опирается на некоторое число законов, установленных в опытной механике, принимаемых за истины, не требующих доказательств — аксиомы. Эти аксиомы заменяют собой индуктивные истины опытной механики. Теоретическая механика имеет дедуктивный характер. Опираясь на аксиомы как на известный и проверенный практикой и экспериментом фундамент, теоретическая механика возводит своё здание при помощи строгих математических выводов.

Теоретическая механика как часть естествознания, использующая математические методы, имеет дело не с самими реальными материальными объектами, а с их моделями. Такими моделями, изучаемыми в теоретической механике, являются:

• материальные точки и системы материальных точек,
• абсолютно твёрдые тела и системы твёрдых тел,
• деформируемые сплошные среды.

Обычно в теоретической механике выделяют такие разделы, как

• статика,
• кинематика,
• динамика.

В теоретической механике широко применяются методы

• векторного исчисления и дифференциальной геометрии,
• математического анализа,
• дифференциальных уравнений,
• вариационного исчисления.

Теоретическая механика явилась основой для создания многих прикладных направлений, получивших большое развитие. Это — механика жидкости и газа, механика деформируемого твёрдого тела, теория колебаний, динамика и прочность машин, гироскопия, теория управления, теория полёта, навигация и др.

В российской высшей школе

Первой учебной книгой на русском языке, в которой содержались сведения по механике, была «Арифметика, сиречь наука числительная» Л. Ф. Магницкого (1703 год). К чуть более позднему времени относится начало преподавания механики в российской высшей школе: механику (пока ещё не как отдельный предмет) преподавали в Академическом университете Петербургской Академии наук, обучение в котором началось в январе 1726 года. Ещё в 1722 году был издан первый русский печатный учебник по механике «Наука статическая или механика» Г. Г. Скорнякова-Писарева.

В Московском университете, основанном в 1755 году, механика сначала читалась в качестве раздела обширного и разнородного курса «Прикладная математика», а с 1813 года профессор Ф. И. Чумаков читал уже отдельный курс механики. В 1891 году в Институте гражданских инженеров (СПб) появляется новая дисциплина "теоретическая механика".

Большинство учебников и сборников задач, используемых сейчас в учебном процессе российских вузов, были написаны в советскую эпоху; укажем некоторые из них, не претендуя на полноту. Учебники по теоретической механике для механико-математических факультетов университетов: «Теоретическая механика» Н. Е. Жуковского (1-е изд. — 1901—02 гг.), «Основной курс теоретической механики» Н. Н. Бухгольца (1-е изд. — 1932 г.), «Курс теоретической механики» Н. А. Кильчевского (1-е изд. — 1972 г.), «Теоретическая механика» А. П. Маркеева (1-е изд. — 1990 г.), «Теоретическая механика» В. Г. Вильке (1-е изд. — 1991 г.). Учебники для физических факультетов университетов: «Механика» Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица (1-е изд. — 1958 г.), «Курс теоретической механики для физиков» И. И. Ольховского (1-е изд. — 1970 г.), «Классическая механика» М. А. Айзермана (1-е изд. — 1974 г.), «Теоретическая механика» В. В. Петкевича (1-е изд. — 1981 г.), «Лекции по теоретической механике» Ю. Г. Павленко (1-е изд. — 1991 г.). Учебники для технических вузов: «Краткий курс теоретической механики» С. М. Тарга (1-е изд. — 1948 г.), «Курс теоретической механики» А. А. Яблонского и В. М. Никифоровой (1-е изд. — 1962 г.), «Курс теоретической механики» Н. В. Бутенина, Я. Л. Лунца и Д. Р. Меркина (1-е изд. — 1970 г.). Задачники: «Сборник задач по теоретической механике» И. В. Мещерского (1-е изд. — 1911 г.), «Сборник задач по теоретической механике» И. Н. Веселовского (1-е изд. — 1955 г.), «Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике» под редакцией А. А. Яблонского (1-е изд. — 1968 г.), «Решение задач по теоретической механике» Е. Н. Берёзкина (1-е изд. — 1973—74 гг.), «Задачи по теоретической механике для физиков» И. И. Ольховского, Ю. Г. Павленко, Л. С. Кузьменкова (1-е изд. — 1977 г.), «Сборник задач по теоретической механике» под редакцией К. С. Колесникова (1-е изд. — 1983 г.), «Типовые расчёты по теоретической механике на базе ЭВМ» И. В. Новожилова и М. Ф. Зацепина (1986 г.).

За последние годы учебная литература пополнилась. Учебники для университетов: «Основы теоретической механики» Ю. Ф. Голубева (1-е изд. — 1992 г.), «Основы теоретической механики» В. Ф. Журавлёва (1-е изд. — 1997 г.), «Теоретическая механика» С. В. Болотина, А. В. Карапетяна, Е. И. Кугушева, Д. В. Трещёва (2010 г.). Учебники для технических вузов: «Курс теоретической механики» коллектива авторов под редакцией К. С. Колесникова (1-е изд. — 2000 г.). Задачники: «Решебник. Теоретическая механика» М. Н. Кирсанова (1-е изд. — 2002 г.), «Задачи по теоретической механике с решениями в Maple 11» этого же автора (2010 г.).

Ныне теоретическая механика является одной из фундаментальных дисциплин, изучаемых на механико-математических факультетах университетов, а также в большинстве технических вузов страны. По этой дисциплине проводятся ежегодные Всероссийские, национальные и региональные студенческие олимпиады, а также Международная олимпиада.

Координирует научную и методическую деятельность кафедр теоретической механики вузов России Научно-методический совет по теоретической механике при Министерстве образования и науки РФ. Совет был создан в 1964 г. по инициативе академика А. Ю. Ишлинского (1913—2003), который в 1965 г. занял пост председателя этого совета и возглавлял его в течение многих лет. В 1991 г. председателем совета по рекомендации Ишлинского стал профессор Ю. Г. Мартыненко (1945—2012), а сам Ишлинский в последние годы своей жизни был почётным председателем совета. С 2012 года председателем совета является профессор В. А. Самсонов. Совет регулярно проводит совещания-семинары заведующих кафедрами, студенческие олимпиады, издаёт Сборник научно-методических статей по теоретической механике.