механических систем. Исходными для решения этой проблемы явились принцип возможных перемещений, выражающий общее условие равновесия механической системы, развитию которого были посвящены исследования П.Бернулли, Л.Карно, Ж.Фурье, Ж.Г.Лагранжа и др., а также принцип динамики, разработанный Ж.Д’А-ламбером, согласно которому силы, приложенные к точке, реакции наложенных связей и силы инерции взаимно уравновешиваются. Францусский ученый П.Мопертюи разработал принцип наименьшего действия, которые затем развили Л.Эйлер и францусский академик Ж.Л.Лагранж. В 1788 г. появилась знаменитая «Аналитическая механика» Лагранжа, приведшая классическую механику в стройную систему.
Приложение аналитических методов к механике сплошной среды привело к разработке теоретических основ гидродинамики идеальной, т.е. невязкой и несжимаемой жидкости. Основополагающими здесь явились труды Л.Эйлера, Д. Бернулли, Лагранжа, Д’Аламбера, а также М.В.Ломоносова, открывшего закон сохранения вещества.
В XIX в. продолжалось интенсивное развитие всех разделов механики. Классические работы Эйлера и Лагранжа, продолженные русским математиком С.Ко-валевской, послужили основой разработки теории гироскопа. Дальнейшему развитию принципов механики были посвящены труды М.В.Остроградского, У.Гамильтона, К.Якоби, Г.Герца и др.
В решении фундаментальной задачи механики и всего естествознания - об устойчивости равновесия и движения ряд важных результатов - получили английский механик Э.Раус и русский ученый Н.Е.Жуковский. Разработка методов решения задачи устойчивости движения принадлежит А.М.Ляпунову. Основы современной теории автоматического регулирования были разработаны И.А.Выш-неградским.
Параллельно с динамикой в XIX в. разрабатывалась и кинематика. Францусский ученый Г.Кориолис доказал теорему о составляющих ускорения тела в относительном движении. С тех пор в механику вошло представление о поворотном ускорении, которое получило его имя. Возросло значение прикладных исследований по кинематике механизмов, важный вклад в это направление сделал петербургский профессор П.Л.Чебышев.
В XX в. появились новые разделы механики - теория нелинейных колебаний, теория реактивного движения тел с переменной массой, основанная трудами русских ученых И.В.Мещерского и К.Э.Циолковского. Появились два новых раздела - аэродинамика, основанная Н.Е.Жуковским, и газовая динамика, основы которой были заложены С.А.Чаплыгиным.
Развитие гидроаэромеханики протекало в тесной связи с запросами практики. Первые гидротехнические устройства (каналы, колодцы) и плавающие средства (плоты, лодки) появились еще в доисторические времена. Изобретение таких сложных аэро- и гидромеханических устройств, как парус, весло, руль, насос также относится к далекому прошлому. Развитие мореплавания и военного дела послужило стимулом к появлению основ механики и, в частности, гидроаэромеханики.
Главной проблемой гидроаэромеханики с самого ее возникновения стало взаимодействие между средой (водой, воздухом) и движущимся или покоящимся в
ней телом. Первым ученым, внесшим значительный вклад в гидроаэромеханику, был Архимед (III в. до н.э.), открывший основной закон гидростатики, на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом. Эта сила приложена в центре тяжести объема погруженной части тела. Архимед создал теорию равновесия жидкостей. Труды Архимеда явились основой для создания ряда гидравлических аппаратов, в том числе поршневых насосов.
Следующий этап развития гидроаэромеханики относится к эпохе Возрождения (XVI-XVII вв.). Итальянский ученый Леонардо да Винчи сделал первый существенный шаг в изучении движения тел в жидкости и газе. Он, наблюдая полет птиц, открыл существование сопротивления среды и считал, что воздух, сжимаясь вблизи передней части тела, «загустевает» и поэтому препятствует движению в нем тел. В настоящее время это явление называется «воздушная подушка». Сжимаясь под крылом птицы, воздух, по его мнению, создает опору для крыла, блогодаря чему и возникает подъемная сила. Францусский математик и физик Б.Паскаль установил, что давление в каждой точке жидкости действует одинаково во все стороны.
Первое теоретическое определение закона сопротивления принадлежит И.Ньютону, который объяснял сопротивление тела при движении его в газе ударами частиц о лобовую часть тела, а величину сопротивления считал пропорциональной квадрату скорости тела. Ньютон также обнаружил сопротивление, связанное с трением тела о жидкость.
Создателями теоретической гидродинамики являются Л.Эйлер и Д.Бернул-ли, оба много лет работавшие в Петербурге.
Леонард Эйлер (1707-1783) и Даниил Бернулли (1700-1783) положили начало гидромеханике как науке. Эйлером были выведены уравнения равновесия и движения жидкостей и газов и сформулирован закон сохранения массы для жидкого тела. Эйлер исследовал некоторые вопросы движения тел в жидкости и полученные результаты применил к задачам судостроения и конструирования гидравлических машин. Метод Эйлера, который заключается в том, что движение жидкости определяется путем задания поля скоростей жидкости в пространстве в каждый момент времени, до настоящего времени является основным методом гидродинамики. Эйлер же вывел уравнение движения идеальной жидкости как основное уравнение гидро- и аэродинамики. В дальнейшем это уравнение было развито францусским инженером и ученым Л.Навье (1785-1836) и английским физиком Дж.Стоксом (1819-1903), которые учли влияние вязкости на течение жидкости. Уравнение движения вязкой несжимаемой жидкости получило название уравнения Навье-Стокса.
Даниил Бернулли впервые ввел термин «гидромеханика». Он установил зависимость между удельными энергиями при движении жидкости, эта зависимость в настоящее время называется уравнением Бернулли. Из уравнения видно, что при движении струи жидкости в трубе с переменным сечением при постоянстве суммы кинетической и потенциальной энергий при увеличении скорости давление в струе будет снижаться и наоборот. Это положение широко подтверждено практикой.
С тех пор основной задачей гидроаэродинамики является нахождение поля
