Механика в XXI веке — различия между версиями

Версия 22:57, 9 сентября 2012

Здесь приводятся наиболее яркие достижения в области механики за годы, прошедшие с начала третьего тысячелетия.

Достижения на Земле

• 1 августа 2012 года открыт для движения транспорта Мост на остров Русский во Владивостоке. Этот мост имеет основной пролёт длиной 1104 метра, самый большой в мире среди вантовых мостов. До этого первенство (1088 метров) принадлежало мосту Сутун в Китае. Строительство мостов с незапамятных времен определяло технический уровень государства, на территории которого они строились, и требовало глубокого знания механики. Достаточно вспомнить, что неправильный расчет мостовых сооружений привел к таким серьезным катастрофам, как обрушение железнодорожного моста через залив Тэй (Великобритания) в 1879 году и висячего Такомского моста (США) в 1940 году. В обоих случаях катастрофа произошла из-за неправильного расчета динамики моста под действием ветровой нагрузки.

• 4 января 2010 года прошло официальное открытие небоскреба Бурдж-Халифа (Дубай, объединенные арабские эмираты), высотой 828 м — самого высокого из когда-либо существовавших сооружений в мире. До этого рекорд в 646 м принадлежал упавшей в 1991 году Варшавской радиомачте. Беспрецедентная высота здания потребовала решения комплекса механических проблем, среди которых упомянем обеспечение устойчивости здания, противодействие ветровому давлению, конструирование высотных лифтов и системы водоснабжения. В частности, несимметричная конструкция здания призвана снижать ветровые колебания.

• 5 января 2005 года группой астрономов из США открыта Эрида — карликовая планета, находящегося за пределами орбиты Плутона, превосходящая его по массе и, возможно, по размеру. Это событие, наряду с открытием в 2000–2005 годах ряда меньших объектов, сравнимых по размеру с Плутоном, привело к пересмотру понятия планеты и изменению взглядов на структуру Солнечной системы. В результате Плутон потерял статус планеты и был вместе со сходными объектами причислен к категории карликовых планет, а число планет в Солнечной системе снизилось до 8. Отметим, что анализ движения тел Солнечной системы — сугубо механическая задача, решение которой, в частности, позволило в свое время открыть 8-ю планету — Нептун.

• 22 октября 2004 года в журнале Science была опубликована статья британских и российских ученых (Новоселов и др. 2004), в которой сообщалось о получении чисто механическим способом графена — двумерного материала, содержащего один слой атомов углерода. В 2010 году двум из авторов статьи, А.К. Гейму и К.С. Новоселову была присуждена нобелевская премия по физике за «новаторские эксперименты с двумерным материалом — графеном». До этого существование двумерных материалов считалось невозможным. Графен, в числе прочего, обладает уникальными механическими свойствами — его жесткость и прочность превосходит соответствующие значения для известных материалов. Кроме того, будучи принципиально двумерным материалом, он позволяет по-новому взглянуть на теории пластин и оболочек, которые ранее преимущественно рассматривались как приближенные теории для описания трехмерных объектов.

• 3 декабря 2001 года американский изобретатель Дин Кеймен представил публике сегвей — электрическое средство передвижения, на котором человек перемещается в положении стоя. Устройство имеет два колеса, расположенных справа и слева от водителя, а стабилизация вертикального положения человека осуществляется посредством системы управления, регулирующей скорость вращения колес. Сегвей в некотором смысле аналогичен маятнику Капицы — маятнику, вибрационно стабилизируемому в неустойчивом вертикальном положении, впервые математически исследованному академиком П.Л. Капицей (Капица 1951). Сегвей с водителем занимает на дороге ненамного больше пространства, чем обычный пешеход, но может перемещаться со скоростью до 20 км/час по пересеченной местности, аккумулятор обеспечивает пробег около 40 км. Указанные свойства могут в будущем произвести переворот в концепции городского транспорта. За прошедшее десятилетие сегвей получил достаточно широкое распространение в туристической сфере, в некоторых странах сегвеи используются полицией. Пока широкое распространение сегвеев тормозит их относительная дороговизна, однако, понятно, что с развитием технологий эта проблема будет решена.

Достижения в космосе

• 6 августа 2012 года марсоход Кьюриосити (США) благополучно доставлен на поверхность Марса, что послужило началом новой исследовательской миссии на Марсе. Кьюриосити (в переводе — “Любопытство”) можно назвать полноценной лабораторией на колесах (вес 900 кг), робот подобного размера и сложности еще никогда не изучал другие планеты. Имеется на его борту и российское оборудование.
• 9 октября 2009 года в результате ударного эксперимента аппаратом LCROSS (США) был обнаружен водяной лед в полярном регионе Луны. Наличие воды на Луне делает возможным ее будущую колонизацию человеком.
• 25 мая 2008 года аппарат Феникс (США) совершил посадку в полярном регионе Марса. Проведенные исследования позволили обнаружить водяной лед под слоем грунта. Наличие воды свидетельствует о возможности существования живых организмов на Марсе в прошлом, а, возможно, и настоящем времени.
• 14 января 2005 года зонд Гюйгенс совершил посадку на поверхность Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Было установлено, что на поверхности Титана, под толстым слоем атмосферы, находятся реки и озера из жидкого метана. Это послужило выдвижению гипотезы о возможности существования жизни на Титане на основе метана (вместо воды) и водорода (вместо кислорода).
• 4 и 25 января 2004 года марсоходы Спирит и Оппортьюнити (США) доставлены на противоположные стороны Марса. В ходе своего перемещения по красной планете, марсоходы исследовали ее поверхность и состав атмосферы, передавая на землю данные и высококачественные фотографии. Результаты исследований, в частности, подтвердили наличие в прошлом жидкой воды на Марсе.

Антидостижения XXI века

• 8 июля 2011 года состоялся последний старт по программе «Спейс Шаттл». В настоящее время Россия остается единственной страной, выполняющей пилотируемые полеты на Международную космическую станцию. Программа полетов шаттлов была сильно подорвана гибелью шаттла Колумбия 1 февраля 2003 года, разрушившегося при входе в атмосферу. Причиной катастрофы послужило нарушение теплозащитной поверхности челнока, вызванное падением на него куска теплоизоляции кислородного бака при старте корабля.

• 26 ноября 2003 года состоялся последний полет «Конкорда», чем была завершена эра гражданской сверхзвуковой авиации. Катастрофа, приведшая к гибели «Конкорда» 25 июля 2000 года при вылете из парижского аэропорта «Шарль де Голль» стала одной из основных причин прекращения эксплуатации «Конкордов». Катастрофа произошла в результате наезда колеса шасси на металлический обломок, случайно оказавшийся на взлетной полосе, что привело к повреждению обшивки, утечке топлива и возгоранию.

• 11 сентября 2001 года в результате беспрецедентного теракта был разрушен Всемирный торговый центр (ВТЦ) в Нью-Йорке. В высочайшие небоскребы Нью-Йорка, башни-близнецы ВТЦ на полной скорости врезались управляемые террористами гражданские самолеты Бинг 767. Башни выдержали удар самолетов, однако возникший в них пожар привел к обрушению зданий менее чем через два часа после столкновения. Причиной разрушения явилось то, что несущие стальные колонны начали изгибаться под действием высокой температуры и перераспределившейся нагрузки, из-за чего был превышен предел прочности материала колонн. В результате началось обрушение верхних этажей, породивших цепную реакцию — здания сложились по принципу карточного домика. Только спустя 5 лет началось строительство новых зданий на территории ВТЦ.