Гипотезы возникновения жизни. Основные положения

Вопрос КСЕ 42

Гипотезы происхождения жизни на земле

1.Креационизм

2.Самопроизвольное (спонтанное) зарождение

3.Гипотеза панспермии

4.Гипотеза биохимической эволюции

5. Стационарное состояние

1. Креационизм . Согласно этой концепции, жизнь и все населяющие Землю виды живых существ являются результатом творческого акта высшего существа в какое-то определенное время. Основные положения креационизма изложены в Библии, в Книге Бытия. Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концепцию божественного сотворения за рамки научного исследования. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни отвергнуть эту концепцию.

2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение . Идеи происхождения живых существ из неживой матёрии были распространены в Древнем Китае, Вавилоне, Египте. Крупнейший философ Древней Греции Аристотель высказал мысль о том, что определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.

Ван Гельмонт (1579-1644), голландский врач и натурфилософ, описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом в процессе зарождения мыши Ван Гельмонт считал человеческий пот. И вплоть до появления в середине Х века работ основоположника микробиологии Луи Пастера это учение продолжало находить приверженцев.

Развитие идеи самозарождения относится, по существу, к той эпохе, когда в общественном сознании господствовали религиозные представления. Те философы и натуралисты, которые не хотели принимать церковного учения о «сотворении жизни», при тогдашнем уровне знаний легко приходили к идее ее самозарождения. В той мере, в какой, в противовес вере в сотворение, подчеркивалась мысль о естественном возникновении организмов, идея самозарождения имела на определенном этапе прогрессивное значение. Поэтому против этой идеи часто выступали Церковь и теологи.

3. Гипотеза панспермии. Согласно этой гипотезе, предложенной в 1865г. немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррёниусом в 1895 г., жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с мётеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

4. Гипотеза биохимической эволюции . В 1924 г. биохимиком А. И. Опариным, а позднее английским ученым Дж. Холдейном (1929) была сформулировала гипотеза, рассматривающая жизнь как результат длительной эволюции углеродных соединений.

В настоящее время в процессе становления жизни условно выделяют четыре этапа:

1. Синтез низкомолекулярных органических соединении (биологических мономеров) из газов первичной атмосферы.

2. Образование биологических полимеров.

3. Формирование фазообособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами (протобионтов).

4. Возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в том числе репродуктивным аппаратом, обеспечивающим передачу дочерним клеткам свойств клеток родительских.

«ПЕРВИЧНЫЙ БУЛЬОН» (не обязательно)

В 1923 г. российский учёный Александр Иванович Опарин предположил, что в условиях первобытной Земли органические вещества возникали из простейших соединений - аммиака, метана, водорода и воды. Энергия, необходимая для подобных превращений, могла быть получена или от ультрафиолетового излучения, или от частых грозовых электрических разрядов - молний. Возможно, эти органические вещества постепенно накапливались в Древнем океане, образуя первичный бульон, в котором и зародилась жизнь.

По гипотезе А. И. Опарина, в первичном бульоне длинные нитеобразные молекулы белков могли сворачиваться в шарики, «склеиваться» друг с другом, укрупняясь. Благодаря этому они становились устойчивыми к разрушающему действию прибоя и ультрафиолетового излучения. Происходило нечто подобное тому, что можно наблюдать, вылив на блюдце ртуть из разбитого градусника: рассыпавшаяся на множество мелких капелек ртуть постепенно собирается в капли чуть побольше, а потом - в один крупный шарик. Белковые «шарики» в «первичном бульоне» притягивали к себе, связывали молекулы воды, а также жиров. Жиры оседали на поверхности белковых тел, обволакивая их слоем, структура которого отдалённо напоминала клеточную мембрану. Этот процесс Опарин назвал коацервацией (от лат. соасеrvus - «сгусток»), а получившиеся тела - коацерватными каплями, или просто коацерватами. С течением времени коацерваты поглощали из окружавшего их раствора всё новые порции вещества, их структура усложнялась до тех пор, пока они не превратились в очень примитивные, но уже живые клетки.

5. Стационарное состояние

Согласно теории стационарного состояния, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно. Согласно этой версии, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности - либо изменение численности, либо вымирание.

Наибольшей популярностью у современных учёных пользуется гипотеза Опарина-Холдейна о происхождении жизни на Земле. Согласно гипотезе жизнь произошла из неживой материи (абиогенно) в результате сложных биохимических реакций.

Положения

Чтобы рассказать кратко о гипотезе возникновения жизни, следует выделить три этапа становления жизни по Опарину:

• возникновение органических соединений;
• образование полимерных соединений (белков, липидов, полисахаридов);
• появление примитивных организмов, способных к воспроизводству.

Рис. 1. Схема эволюции по Опарину.

Биогенной, т.е. биологической эволюции, предшествовала химическая эволюция, в результате которой образовывались сложные вещества. На их образование влияла бескислородная атмосфера Земли, ультрафиолет, разряды молний.

Из органических веществ возникали биополимеры, которые складывались в примитивные формы жизни (пробионты), постепенно отделяясь мембраной от внешней среды. Появление в пробионтах нуклеиновых кислот способствовало передаче наследственной информации и усложнению организации. В результате длительного естественного отбора остались только те организмы, которые были способны к успешному воспроизводству.

Рис. 2. Пробионты.

Пробионты или проклетки до сих пор не были получены экспериментальным путём. Поэтому до конца непонятно, как примитивное скопление биополимеров смогло перейти от неживого пребывания в бульоне к воспроизводству, питанию и дыханию.

История

Гипотеза Опарина-Холдейна прошла долгий путь и не раз критиковалась. История становления гипотезы описана в таблице.

ТОП-2 статьи которые читают вместе с этой

Рис. 3. Эксперимент Миллера.

Эксперимент Миллера неоднократно подвергался критике, и до конца не признаётся практическим подтверждением теории Опарина-Холдейна. Главная проблема - получение из образованной смеси органических веществ, составляющих основу жизни.

Что мы узнали?

Из урока узнали о сути гипотезы происхождения жизни на Земле Опарина-Холдейна. Согласно теории высокомолекулярные вещества (белки, жиры, углеводы) возникли из неживой материи в результате сложных биохимических реакций под воздействием внешней среды. Гипотезу впервые проверил Стэнли Миллер, воссоздав условия Земли до зарождения жизни. В результате были получены аминокислоты и другие сложные вещества. Однако как данные вещества воспроизводились, осталось без подтверждения.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 194.

Гипотеза - это довод о том или ином явлении, который основывается на субъективном взгляде человека, направляющего свои действия в какую-нибудь установленную сторону. Если результат человеку пока неизвестен, то создается обобщенное предположение, а проверка его позволяет скорректировать общую направленность работы. Это и есть научное понятие гипотезы. Можно ли упростить значение этого понятия?

Объяснение «не научным» языком

Гипотеза - это способность предугадывать, прогнозировать результаты работы, и это важнейшая составляющая фактически каждого научного открытия. Она помогает просчитать будущие ошибки и промахи и понизить их количество в разы. При этом гипотезу, рожденную непосредственно во время работы, можно доказать частичным образом. При известном итоге в предположении нет смысла, и тогда гипотезы не выдвигаются. Вот такое простое определение понятия гипотезы. Теперь можно говорить о том, как она строится, и обсудить самые интересные ее виды.

Как рождается гипотеза?

Создание довода в человеческой голове - непростой мыслительный процесс. Исследователь обязан уметь создавать и обновлять полученные знания, а также он должен отличаться такими качествами:

1. Проблемное видение. Это способность показывать пути научного развития, устанавливать его главные тенденции и связывать разобщенные задачи воедино. Складывает проблемное видение с уже полученными навыками и знаниями, чутьем и способностями человека в исследовательском деле.
2. Альтернативный характер. Эта черта позволяет человеку делать интереснейшие выводы, находить совершенно новое в известных фактах.
3. Интуиция. Этот термин обозначает бессознательный процесс, и он не основывается на логических доводах.

В чем состоит суть гипотезы?

Гипотеза отражает объективную действительность. В этом она сходна с разными формами мышления, но она также и отличается от них. Главная специфика гипотезы состоит в том, что она отображает в материальном мире факты в предположительном ключе, она не утверждает категорически и достоверно. Потому гипотеза - это предположение.

Всем известно, что при установлении понятия через ближайший род и отличие потребуется указать еще и на отличительные признаки. Ближайшим родом для гипотезы в виде какого-либо результата деятельности является понятие «предположения». В чем же отличие гипотезы от догадки, фантазии, предсказывания, угадывания? Самые шокирующие гипотезы не строятся на одних домыслах, у всех них есть определенные признаки. Чтобы ответить на этот вопрос, потребуется выделить существенные признаки.

Признаки гипотезы

Если говорить об этом понятии, то стоит установить его характерные признаки.

1. Гипотеза - это особая форма развития научных знаний. Именно гипотезы позволяют науке переходить от отдельных фактов к определенному явлению, обобщению знаний и познанию законов развития того или иного явления.
2. Гипотеза строится на выдвижении предположений, что связано с теоретическим пояснением определенных явлений. Это понятие выступает в качестве отдельного суждения или же целой линейки взаимосвязанных суждений, закономерных явлений. Суждения - это всегда проблематично для исследователей, ведь в этом понятии говорится о вероятностном теоретическом знании. Случается, что гипотезы выдвигаются на основе дедукции. В пример можно привести шокирующую гипотезу К. А. Тимирязева о фотосинтезе. Она подтвердилась, но изначально все началось из предположений в законе сохранения энергии.
3. Гипотеза - это обоснованное предположение, которое строится на каких-то конкретных фактах. Потому гипотезу нельзя назвать хаотичным и неподсознательным процессом, это вполне логически стройный и закономерный механизм, который позволяет человеку расширить свои знания для получения новой информации - для познания объективной действительности. Опять же можно вспомнить шокирующую гипотезу Н. Коперника о новой гелиоцентрической системе, в которой раскрывалась идея о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Все свои идеи он изложил в труде «О вращении небесных сфер», все догадки опирались на реальную фактическую базу и показывалась несостоятельность тогда еще действующей геоцентрической концепции.

Эти отличительные черты, взятые вместе, позволят отличать гипотезу от иных видов предположения, а также установить ее сущность. Как видите, гипотеза - это вероятностное предположение о причинах того или иного явления, достоверность которого сейчас не может быть проверена и доказана, однако это предположение позволяет объяснить некоторые причины явления.

Важно помнить, что термин «гипотеза» всегда употребляется в двояком значении. Под гипотезой понимают предположение, которое поясняет какое-то явление. Также о гипотезе говорят как о приеме мышления, выдвигающем какое-то предположение, а после строящем развитие и доказательство этого факта.

Гипотеза частенько строится в виде предположения о причине минувших явлений. Как пример можно привести наши познания о формировании Солнечной системы, земного ядра, о рождении Земли и так далее.

Когда гипотеза прекращает существовать?

Подобное возможно лишь в паре случаев:

1. Гипотеза получает подтверждение и превращается в уже достоверный факт - становится частью общей теории.
2. Гипотеза опровергается и становится только ложным знанием.

Подобное может произойти во время проверки гипотез, когда накопленных знаний достаточно для установления истины.

Что входит в структуру гипотезы?

Строится гипотеза из следующих элементов:

• основание - накопление разных фактов, утверждений (обоснованных или нет);
• форма - накопление разных умозаключений, что приведут от основания гипотезы к уже предположению;
• предположение - выводы из фактов, утверждений, которые описывают и обосновывают гипотезу.

Стоит отметить, что гипотезы всегда одинаковы по логической структуре, но они различаются по содержанию и выполняемым функциям.

Что можно сказать о понятии гипотезы и видах?

В процессе эволюции знаний гипотезы начинают различаться по познавательным качествам, а также по объекту исследования. Остановимся детальнее на каждом из этих видов.

По функциям в познавательном процессе различают гипотезы описательные и объяснительные:

1. Описательная гипотеза - это высказывание, в котором говорится о присущих исследуемому объекту свойствах. Обычно предположение позволяет ответить на вопросы «Что представляет собой тот или иной предмет?» или же «Какими свойствами наделен предмет?». Данный тип гипотезы может выдвигаться для того, чтоб выявлять состав или структуру объекта, раскрывать его механизм действия или особенности его деятельности, определять функциональные особенности. Среди описательных гипотез встречаются экзистенциальные гипотезы, которые говорят о существовании какого-то объекта.
2. Объяснительная гипотеза - это высказывание, построенное на причинах появления того или иного объекта. Такие гипотезы позволяют объяснить, почему произошло определенное событие или же каковы причины появления какого-либо предмета.

История показывает, что с развитием знаний появляется все больше экзистенциальных гипотез, которые рассказывают о существовании конкретного объекта. Дальше появляются описательные гипотезы, которые рассказывают о свойствах тех объектов, а уже в завершении рождаются объяснительные гипотезы, которые раскрывают механизм и причины появления объекта. Как вы видите, происходит поэтапное усложнение гипотезы в процессе познания нового.

Какие гипотезы бывают по объекту исследования? Различают общие и частные.

1. Общие гипотезы помогают обосновать предположения о закономерных связях и эмпирических регуляторах. Они выполняют роль своеобразных строительных лесов в развитии научных познаний. Как только гипотезы доказаны, они становятся научными теориями и вносят свой вклад в науку.
2. Частная гипотеза - это предположение с обоснованием о происхождении и качестве фактов, событий или явлений. Если было единичное обстоятельство, которое стало причиной появления иных фактов, то познание обретает форму гипотез.
3. Есть еще такой вид гипотезы, как рабочая. Это выдвигаемое на первых порах исследования предположение, которое является условным допущением и позволяет скомбинировать факты и наблюдения в единое целое и придать им первоначальное пояснение. Главная специфика рабочей гипотезы состоит в том, что она принимается условно или временно. Исследователю крайне важно систематизировать полученные знания, данные в начале исследования. После их потребуется обработать и наметить дальнейший путь следования. Рабочая гипотеза как раз и нужна для этого.

Что такое версия?

Понятие научной гипотезы уже выяснили, но вот существует еще один такой необычный термин - версия. Что это такое? В политическом, историческом или социологическом исследовании, а также в судебно-следственной практике часто при пояснении тех или иных фактов или их совокупности выдвигается ряд гипотез, которые по-разному могут объяснить факты. Вот такие гипотезы называются версиями.

Версии бывают общими и частными.

1. Общая версия - это предположение, которое рассказывает о преступлении в целом в виде единой системы из определенных обстоятельств и действий. Данная версия отвечает не на один, а на целый ряд вопросов.
2. Частная версия - это предположение, которое объясняет отдельные обстоятельства какого-то преступления. Из частных версий строится уже одна общая.

Каким нормам обязана отвечать гипотеза?

Само понятие гипотезы в нормах права должно отвечать некоторым требованиям:

• она не может иметь несколько тезисов;
• суждение обязано быть оформлено понятно, логично;
• довод не должен включать в себя суждения или понятия двусмысленного характера, которые еще не могут быть разъяснены исследователем;
• суждение обязано включать метод решения проблемы, дабы стать частью исследования;
• при изложении предположения запрещается использовать ценностные суждения, ведь гипотеза должна подтверждаться фактами, после она будет проверяться и применяться к широкому кругу;
• гипотеза должна отвечать заданной теме, предмету исследования, задачам; все предположения, неестественно привязанные к теме, отсеиваются;
• гипотеза не может противоречить уже имеющимся теориям, однако есть и исключения.

Как разрабатывается гипотеза?

Гипотезы человека представляют собой мыслительный процесс. Конечно же, представить общий и единый процесс построения гипотезы трудно: все из-за того, что условия для разработки предположения зависят от практической деятельности и от специфики той или иной проблемы. Однако возможно все же выделить общие границы этапов мыслительного процесса, которые приводят к появлению гипотезы. Это:

• выдвижение гипотезы;
• развитие;
• проверка.

Теперь потребуется рассмотреть каждый этап возникновения гипотезы.

Выдвижение гипотезы

Для выдвижения гипотезы потребуется иметь некоторые факты, относящиеся к определенному явлению, и они должны обосновывать вероятность предположения, пояснять неизвестное. Поэтому вначале происходит сбор материалов, знаний и фактов, относящихся к определенному явлению, которое будет в дальнейшем поясняться.

На основании материалов высказывается предположение о том, что же представляет собой данное явление, или, другими словами, формулируется гипотеза в узком смысле. Предположение в данном случае представляет собой некое суждение, которое высказывают в результате обработки собранных фактов. Факты, на которых сделана гипотеза, можно логически осмыслить. Вот так появляется основное содержание гипотезы. Предположение должно отвечать на вопросы о сущности, причинах возникновения явления и так далее.

Развитие и проверка

После выдвижения гипотезы начинается ее развитие. Если предполагать выдвинутое предположение правдивым, то должен появиться ряд определенных следствий. При этом логические следствия нельзя отождествлять с выводами причинно-следственной цепи. Логическими следствиями являются мысли, которые поясняют не только обстоятельства явления, но и причины его возникновения и так далее. Сопоставление фактов из гипотезы с уже установленными данными позволяет подтвердить или опровергнуть гипотезу.

Такое возможно только в результате проверки гипотезы на практике. Гипотеза всегда порождается практикой и только практика может решить вопрос о том, является ли гипотеза правдивой или ложной. Проверка на практике позволяет трансформировать гипотезу в достоверное знание о процессе (ложный он или истинный). Потому не стоит сводить истинность гипотезы к определенному и единому логическому действию; при проверке на практике применяются разные методики и способы доказательства или опровержения.

Подтверждение или опровержение гипотезы

Гипотеза работы в научном мире применяется часто. Этот способ позволяет подтвердить или опровергнуть отдельные факты в юридической или экономической практике через восприятие. Примерами можно назвать открытие планеты Нептун, обнаружение чистой воды в озере Байкал, установление островов в Ледовитом океане и так далее. Все это когда-то было гипотезами, а сейчас - научно установленные факты. Проблема состоит в том, что в некоторых случаях с практикой трудно или же невозможно действовать, и проверка всех предположений не является возможной.

К примеру, сейчас есть шокирующая гипотеза о том, что современный русский язык глуше древнерусского, но проблема в том, что сейчас услышать устную древнерусскую речь невозможно. Нереально проверить на практике, постригался ли в монахи русский царь Иван Грозный или нет.

В случаях выдвижения прогностических гипотез нецелесообразно ожидать их непосредственного и прямого подтверждения на практике. Потому в научном мире пользуются таким логическим доказательством или опровержением гипотез. Логическое доказательство или же опровержение протекает опосредованным путем, ведь познаются явления из прошлого или сегодняшнего времени, недоступные для чувственного восприятия.

Главные пути логического доказательства гипотезы или ее опровержения:

1. Индуктивный путь. Более полное подтверждение или опровержение гипотезы и выведение из нее некоторых следствий благодаря аргументам, которые включают в себя законы и факты.
2. Дедуктивный путь. Выведение или опровержение гипотезы из ряда других, более общих, но уже доказанных.
3. Включение гипотезы в систему научного знания, где она согласуется с другими фактами.

Логическое доказательство или опровержение может протекать в прямой или косвенной форме доказательства или опровержения.

Важная роль гипотезы

Раскрыв проблему сущности, структуры гипотезы, стоит отметить еще и ее важную роль в практической и теоретической деятельности. Гипотеза - это необходимая форма развития научных знаний, без нее невозможно понять что-то новое. Она играет важную роль в научном мире, служит фундаментом при формировании фактически каждой научной теории. Все существенные открытия в науке возникали далеко не в готовом виде; это были самые шокирующие гипотезы, которые порой не желали даже рассматривать.

Все всегда начинается с малого. Вся физика была построена на бесчисленных шокирующих гипотезах, которые подтверждались или опровергались благодаря научной практике. Потому стоит упомянуть некоторые интересные идеи.

1. Некоторые частицы движутся из будущего в прошлое. У физиков есть свой свод правил и запретов, которые принято считать каноном, но вот с появлением тахионов, казалось бы, все нормы пошатнулись. Тахион - это частица, которая может нарушать все принятые законы физики сразу: масса ее мнимая, а двигается она быстрее скорости света. Была выдвинута теория о том, что тахионы могут двигаться обратно во времени. Ввел частицу теоретик Джеральд Фейнберг в 1967 году и объявил, что тахионы - это новый класс частиц. Ученый утверждал, что это фактически обобщение антиматерии. У Фейнберга была масса единомышленников, и идея прижилась на долгое время, впрочем, опровержения все же появились. Тахионы не ушли из физики совсем, но их все же никто не сумел обнаружить ни в космосе, ни в ускорителях. Если бы гипотеза была верной, люди бы могли связываться со своими предками.
2. Капля водяного полимера может уничтожить океаны. Эта одна из самых шокирующих гипотез говорит о том, что воду можно трансформировать в полимер - это компонент, в котором отдельные молекулы становятся звеньями большой цепи. При этом свойства воды должны меняться. Гипотезу выдвинул химик Николай Федякин после эксперимента с водяным паром. Гипотеза долгое время пугала ученых, ведь предполагалось, что одна капля водного полимера может превратить всю воду планеты в полимер. Впрочем, опровержение самой шокирующей гипотезы не заставило себя ждать. Опыт ученого повторили, подтверждений теории не нашлось.

Подобных самых шокирующих гипотез была масса в свое время, однако многие из них не подтверждались после ряда научных экспериментов, но о них не забывали. Фантазия и научные обоснования - вот два главных компонента для каждого ученого.

РАЗДЕЛ «Сопротивление материалов»

Основные положения. Основные гипотезы и допущения. Виды нагрузок и основных деформаций.

Сопротивление материалов – есть наука о прочности и деформации тел, элементов машин и сооружений. Прочностью – называется способность материала конструкций и их элементов сопротивляться действию внешних сил не разрушаясь. С опромат рассматривает методы расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость. Р асчеты на прочность дает возможность определить размеры и формы детали выдерживающих заданную нагрузку при наименьшем затрате материала. Под жесткостью понимается способность тела или конструкции сопротивляться образованию деформации. Расчеты на жесткость гарантируют что изменение формы и размеров конструкции и их элементов не превысят допускаемых норм. Под устойчивостью понимается способность конструкции сопротивляться усилиям, которые пытаются вывести ее из состояния равновесия. Расчеты на устойчивость предотвращают возможность внезапной потери устойчивости и искривления длин деталей. На практике в большинстве случаев приходиться иметь дело с конструкциями сложной формы, но их можно представить себе состоящих из отдельных простых элементов (брусьев, массивов). Основным расчетным материалом сопромата является брус, то есть тело поперечные размеры которого малы по сравнению с длиной. Способность материала устранять деформацию после прекращения действия внешних сил называется упругостью . Основные гипотезы и допущения: 1) гипотеза о отсутствии первоначальных внутренних усилий – предположим что если нет причин вызывающих деформацию тела (нагрузки) то во всех его точках все его усилия равны 0, таким образом не принимается во внимание силы взаимодействия между частями и загруженного тела. 2) допущение об односторонности материала, физика – механические свойства тела могут не одинаковы в разных точках. 3) допущение о непрерывности материала, материал любого тела имеет непрерывное строение и представляет собой сплошную среду. 4) допущение об изотропности материала, предположим, что материал тела во всех направлениях обладает одинаковыми свойствами. Материал имеющий не одинаковые свойства в разных направлениях называют анизотропными (древесина). 5) допущение об идеальной упругости, предположим что в известных пределах нагружение материала обладает идеальной упругостью, то есть после снятия нагрузки деформация полностью исчезает.

Изменение линейных и угловых размеров тела называют соответственно линейной и угловой деформацией.1)допущение о малости перемещения или принцип начальных рамеров. 2) допущение о линейной деформации тел, перемещение точек и сечений упругого тела в известных пределах нагружен пропорционально силам вызываемые эти перемещения. 3) гипотеза плоских сечений. Виды нагрузок и основных дефонмаций: Поверхностные нагрузки бывают сосредоточенными или распределенными в зависимости от характера действия нагрузки подразделяется на статистические и динамические. Статистическими называются нагрузки числовое значение, направление и место которых остается постоянными иди меняется медленно и не значительно. Динамическими называются нагрузки характеризующиеся быстрым сцеплением во времени их направления или месте положения. Основные виды деформаций: 1) растяжение – цепи; 2) сжатие – колонны; 3) сдвиг – заделки, шпонки. Деформацию сдвига доведенную до разрушения материала называют срезом. 4) Кручение 5)изгиб – балки, оси.

Метод сечений. Напряжение.

Метод сечений заключается в том что тело мысленно рассекается плоскостью на 2 части, любая из которых отбрасывается и в замен ее к оставшемуся сечению прикладывают силы действующие до разреза, оставленную часть рассматривают как самостоятельное тело, находящееся в равновесии под действием внешних и приложенных к сечению внутренних сил. Согласно 3 му закону Ньютона внутренние силы, действующие в сечении оставшейся и отброшенной частей тела равны по модулю, но противоположны следовательно рассматриваем равновесие любой из 2 частей рассеченного тела мы получили одно и тоже значение внутренних сил. Рисунок страница 8 в лекциях.

Виды деформаций. Закон Гука при растяжении и сжатии.

При разных деформациях поперечного сечения бруса возникают различные внутренние факторы:

1)в сечении возникает только продольная сила N, в этом случае эта деформация – растяжение если сила направлена от сечения.2) в чечении возникает только поперечная сила Q в этом случае эта деформация сдвига.3) в сечении возникает только крутящий момент Т в этом случае это деформация кручения.4) в сечении возникает изгибающий момент М в этом случае это деформация чистого изгиба, если в сечении одновременно возникает и М и Q то изгиб поперечный.

Закон Гука справедлив лишь в определенных пределах нагрузки. Нормальное напряжение прямо пропорционально относительному удлинению или укорочению. Е – коэффициент пропорциональности (модуль продольной упругости) характеризует жесткость материала, т.е. способность сопротивляться упругим деформациям растяжения или сжатия.

Напряжение и продольная деформация при растяжении и сжатии. Расчеты на прочность при растяжении и сжатии.

В результате проведения механических испытаний установили предельное напряжение, при котором происходит нарушение работы или разрушение материала детали конструкции. Для обеспечения прочности детали необходимо чтобы возникающее в них в процессе эксплуатации напряжения были меньше предельных.
коэффициент запаса прочности.
;S – называют допускаемым коэффициентом прочности. Он зависит от свойств, качества и однородности материала. Для хрупких S=2 – 5, для древесины 8 – 12.
допускаемое напряжение.
условие прочности при растяжении и сжатии.

Растяжение или сжатие называют такой вид деформации, при котором в любом сечении бруса возникает только продольная сила. Брусья с прямолинейной осью (прямые брусья) работающие на растяжение или сжатие называют стержнями. При растяжении справедлива гипотеза плоских сечении, то есть все волокна бруса удлиняются на одну и ту же величину. При растяжении и сжатии в поперечных сечениях бруса возникают только нормальные напряжения равномерно распределенные по сечению.
форма сечения на напряжение не влияет. Во всех сечениях бруса напряжение распределено равномерно и в сечении где к брусу вдоль оси приложена сосредоточенная сила значение продольной силы и напряжения меняется скачкообразно.
относительное удлинение.

Физические основы прочности. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали.

График… страница 14 в лекциях. Описываешь: 3 прямые параллельные друг другу пунктиром под углом 30 градусов. Треугольник небольшой около начала координат. Точки расскажи где какие.

называют то наибольшее напряжение до которого деформации растут пропорционально нагрузке, то есть справедлив закон Гука.точка А соответствует другому пределу, который называется пределом упругости.

Напряжение упругости это напряжение до которого деформации практически остаются упругими.

С-предел текучести – напряжение при котором в образце появляется заметное удлинение без повышения нагрузки. В – временное сопротивление или предел прочности. временным сопротивление называют условное напряжение равное отношению максимальной силы, которую выдерживает образец к первоначальной площадке поперечного сечения, при достижении временного сопротивления, на растягиваемом образце образуется сужение – шейка, то есть начинается разрушение образца. Говориться об условном напряжении так как в сечении шейки напряжение будет большим. М- соответсввет напряжению возник. В наименьшем поперечном сечении в момент разрыва – напряжение разрыва.
.

Статически неопределимые стержневые системы. Уравнение совместности перемещений.

Статически неопределимые системы – это упругие стержневые системы (конструкции), в которых количество неизвестных внутренних усилий и ре-акций опор больше числа уравнений статики, возможных для этой системы.

Кроме уравнений статики для расчета таких систем (конструкций) приходится привлекать дополнительные условия, описывающие деформацию элементов данной системы. Их условно называют уравнениями перемещений или уравнениями совместности деформаций (а сам метод решения иногда называют методом сравнения деформаций).

Степень статической неопределимости системы – это разность между чис-лом неизвестных и числом независимых уравнений равновесия, которые можно составить для данной системы.

Количество дополнительных уравнений перемещений, необходимых для рас-крытия статической неопределимости, должно быть равно степени статиче-ской неопределимости системы.

Уравнения совместности перемещений называются каноническими уравнениями метода сил, поскольку они записываются по определенному закону (канону). Эти уравнения, количество которых равно числу лишних неизвестных, совместно с уравнениями равновесия позволяют раскрыть статическую неопределимость системы, т. е. определить значения лишних неизвестных.

Формула для касательных напряжений при кручении. Деформация при кручении. Расчеты на прочность и жесткость при кручении.

Кручением называется такой вид деформации, при котором в поперечном сечении стержня возникает лишь один силовой фактор - крутящий момент Мz. Крутящий момент по определению равен сумме моментов внутренних сил относительно продольной оси стержня Oz. Нормальные силы, параллельные оси Oz, вклада в крутящий момент не вносят.

Как видно из формулы, сдвиги и касательные напряжения пропорциональны расстояний от оси стержня. Обратим внимание на структурные аналогии формул для нормальных напряжений чистого изгиба и касательных напряжений кручения. Гипотезы , принимаемые при расчете на кручение:

1) сечения, плоские до деформации, остаются плоскими и после деформации (гипотеза Бернул-ли, гипотеза плоских сечений);

2) все радиусы данного сечения остаются прямы-ми (не искривляются) и поворачиваются на один и тот же угол ϕ, то есть каждое сечение поворачива-ется относительно оси x как жесткий тонкий диск;

3) расстояния между сечениями при деформации не изменяются.

ри кручении расчеты на прочность также делятся на проектировочные и поверочные. В основе расчетов лежит условие прочности где τmax - максимальное касательное напряжение в брусе, определяемое по вышеприведенным уравнениям в зависимости от формы сечения; [τ] - допускаемое касательное напряжение, равное части предельного напряжения для материала детали - предела прочности τв или предела текучести τт. Коэффициент запаса прочности устанавливается из тех же соображений, что и при растяжении. Например, для вала полого круглого поперечного сечения, с внешним диаметром D и внутренним диаметром d, имеем где α=d/D - коэффициент полости сечения.

Условие жесткости такого вала при кручении имеет следующий вид: где [φo] - допускаемый относительный угол закручивания

Статически неопределимые задачи при кручении

При кручении, как и при растяжении, могут встретиться статически неопределимые задачи, для решения которых к уравнениям равновесия статики должны быть добавлены уравнения совместности перемещений.

Нетрудно показать, что метод решения указанных задач при кручении и при растяжении один и тот же. Рассмотрим для примера брус, заделанный обоими концами в абсолютно жесткие стены (рис. 7.21). Отбросим заделки, заменив их действие неизвестными моментом M1 и M2. Уравнение совместности деформаций получим из условия равенства нулю угла закручивания в правой заделке:

Где Ip1=πd14/32, Ip2=πd24/32.

Крутящие моменты в сечениях бруса связаны следующим уравнением:

.

Решая совместно указанные уравнения относительно неизвестных моментов, получим:

Угол закручивания сечения C определяется из уравнения

Эпюры крутящих моментов и углов закручивания представлены на рис. 7.21.

Прямой поперечный изгиб балок. Чистый изгиб эпюры внутренних усилий при изгибе балок.

Чистым изгибом называется такой вид деформации при котором в любом поперечном сечении бруса возникают только изгибающий момент, деформация чистого изгиба будет если к брусу, плоскости проходящей через ось приложить 2 равные но противоположные по знаку пару сил. На изгиб работают балки, оси, валы. Будем рассматривать такие брусья у которых имеется по крайней мере 1 плоскость симметрии и плоскость действия нагрузок совпадает с ней, в этом случае деформация изгиба происходит в плоскости деформации внешних сил и изгиб называется прямым. Поперечный изгиб – изгиб, при котором в сечениях стержня кроме внутрен-него изгибающего момента возникает и поперечная сила. При чистом изгибе справедлива гипотеза о плоских сечениях. Волокна лежащие на выпуклой стороне растягиваются, лежащие на вогнутой стороне сжимаются на границе. Между ними лежит центральный слой волокон который только искривляется, не изменяя своей длины. При чистом изгибе в поперечных сечениях бруса возникают нормальные напряжения растяжения и сжатия неравномерно распределенные по сечению.

Анализ приведенных выше дифференциальных зависимостей при изгибе по-зволяет установить некоторые особенности (правила) построения эпюр изги-бающих моментов и поперечных сил:

а – на участках, где нет распределенной нагрузки q , эпюры Q ограничены прямыми, параллельными базе, а эпюры M – наклонными прямыми;

б – на участках, где к балке приложена распределенная нагрузка q , эпюры Q ограничены наклонными прямыми, а эпюры M – квадратичными параболами. При этом, если эпюру М строим «на растянутом волокне», то выпуклость па раболы будет направлена по направлению действия q , а экстремум будет расположен в сечении, где эпюра Q пересекает базовую линию;

в – в сечениях, где к балке прикладывается сосредоточенная сила на эпюре Q будут скачки на величину и в направлении данной силы, а на эпюре М – пе-регибы, острием направленные в направлении действия этой силы;

г – в сечениях, где к балке прикладывается сосредоточенный момент на эпю-ре Q изменений не будет, а на эпюре М – скачки на величину этого момента;

д – на участках, где Q >0, момент М возрастает, а на участках, где Q М убывает (см. рисунки а–г).

Гипотезы изгиба. Формула для нормальных напряжений

Таких гипотез при изгибе три:

а – гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли) – сечения плоские до деформации остаются пло-скими и после деформации, а лишь поворачиваются относительно некоторой линии, которая называется нейтральной осью сечения балки. При этом волокна балки, лежащие с одной стороны от ней-тральной оси будут растягиваться, а с другой – сжиматься; волокна, лежащие на нейтральной оси своей длины не изменяют;

б – гипотеза о постоянстве нормальных напряже-ний – напряжения, действующие на одинаковом расстоянии y от нейтральной оси, постоянны по ширине бруса;

в – гипотеза об отсутствии боковых давлений – со-седние продольные волокна не давят друг на друга.

Максимальные нормальные напряжения при изгибе найдем по формуле: где W z – осевой момент сопротивления

При растяжении и сжатии в поперечных сечениях бруса возникают только нормальные напряжения равномерно распределенные по сечению.форма сечения на напряжение не влияет. Во всех сечениях бруса напряжение распределено равномерно и в сечении где к брусу вдоль оси приложена сосредоточенная сила значение продольной силы и напряжения меняется скачкообразно. относительное удлинение.

Дифференциальные зависимости при изгибе

Установим некоторые взаимосвязи между внутренними усилиями и внешними нагрузками при изгибе, а также характерные особенности эпюр Q и M , знание которых облегчит по-строение эпюр и позволит контролировать их правильность. Для удобства записи будем обозначать: M ≡M z , Q ≡Q y .

Выделим на участке балки с произвольной нагрузкой в месте, где нет сосредоточенных сил и моментов, малый элемент dx . Так как вся балка находится в равновесии, то и элемент dx будет находиться в равновесии под дейст-вием приложенных к нему поперечных сил, изгибающих моментов и внешней нагрузки. Поскольку Q и M в об-щем случае меняются вдоль оси балки, то в сечениях элемента dx будут возникать поперечные силы Q и Q +dQ , а также изгибающие моменты M и M +dM . Из ус-ловия равновесия выделенного элемента получим
Первое из двух записанных уравнений дает условие

Из второго уравнения, пренебрегая слагаемым q ·dx ·(dx /2) как бесконечно ма-лой величиной второго порядка, найдем

Рассматривая выражения (10.1) и (10.2) совместно можем получить

Соотношения (10.1), (10.2) и (10.3) называют дифференциальными зависимостями Д. И. Журавского при изгибе .

Геометрические характеристики плоских сечений. (статический момент площади. Полярный момент инерции. Осевой момент инерции. Момент инерции при параллельном переносе осей. Главные оси и главные моменты инерции.

Статическим моментом площади плоской фигуры относительно оси лежащей в этой же плоскости называется взятой по всей площади сумма произведений площадей элементарных площадок на расстоянии от них до этой оси статические моменты относительно осей. Может быть больше нуля или меньше.

Полярным моментом инерции плоской фигуры относительно полюса лежащего по всей площади есть сумма произведений площадей элементарных площадок на квадраты их расстояний до полюса.
полярный момент инерции всегда больше 0.

Моментом инерции механической системы относительно неподвижной оси («осевой момент инерции») называется физическая величина Ja, равная сумме произведений масс всех n материальных точек системы на квадраты их расстояний до оси: где:

mi - масса i-й точки,

ri - расстояние от i-й точки до оси.

Осевой момент инерции тела Ja является мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении. где:

dm = ρdV - масса малого элемента объёма тела dV,

ρ - плотность,

r - расстояние от элемента dV до оси a.

Если тело однородно, то есть его плотность всюду одинакова, то

Оси, относительно которых центробежный момент инерции сечения обращается в нуль, называются главными осями, а главные оси, проходящие через центр тяжести сечения - главными центральными осями инерции сечения.

Моменты инерции относительно главных осей инерции сечения называются главными моментами инерции сечения и обозначаются через I1 и I2 причем I1>I2. Обычно, говоря о главных моментах, подразумевают осевые моменты инерции относительно главных центральных осей инерции.

Предположим, что оси u и v главные. Тогда Отсюда ЭТО Уравнение определяет положение главных осей инерции сечения в данной точке относительно исходных осей координат. При повороте осей координат изменяются также и осевые момента инерции. Найдем положение осей, относительно которых осевые моменты инерции достигают экстремальных значений. Для этого возьмем первую производную от Iu по α и приравняем ее нулю: отсюда если моменты инерции сечения относительно главных осей одинаковы, то все оси, проходящие через ту же точку сечения, являются главными и осевые моменты инерции относительно всех этих осей одинаковы: Iu=Iv=Iy=Iz. Этим свойством обладают, например, квадратные, круглые, кольцевые сечения.

Статически неопределимые балки и рамы. Метод сил для раскрытия статической неопределимости балок и рам.

Статически неопределимой называется такая система, которая не может быть рассчитана при помощи одних только уравнений статики, так как имеет лишние связи. Для расчета таких систем составляются дополнительные уравнения, учитывающие деформации системы.

Статически неопределимые системы обладают рядом характерных особенностей:

Статически неопределимая система – это конструкция, силовые факторы в элементах которой невозможно определить только из уравнений равновесия (уравнений статики).

Статическая неопределимость возникает в том случае, ко-гда число наложенных на систему связей оказывается больше, чем это необходимо для обеспечения ее равнове-сия. При этом некоторые из этих связей становятся как бы «лишними», а усилия в них – лишними неизвестными. По числу лишних неизвестных устанавливают степень стати-ческой неопределимости системы. Отметим, что термин «лишние» связи является условным, так как эти связи не-обходимы для обеспечения прочности и жесткости систе-мы, хотя и «избыточны» с точки зрения ее равновесия.

Рама – конструкция, состоящая из стержней произвольной конфигурации и имеющая один или несколько жестких (не шарнирных) узлов. Для раскрытия статической неопределимости необходимо, помимо статиче-ской стороны задачи, проанализировать деформации системы и в дополнение к уравнениям равновесия составить уравнения совместности де-формаций, из решения которых и находятся «лишние» неизвестные. При этом число таких уравнений должно равняться степени статической неопре-делимости системы. Метод сил. Основная идея метода Для того чтобы обратить заданную статически неопре-делимую систему в статически определимую, в методе сил используется следующий прием. Все «лишние» связи, наложенные на конструкцию, отбрасываются, а их действие заменяется соответствующими реакциями – силами или моментами. При этом, для сохранения заданных условий закрепления и нагружения, реакции отброшенных связей должны иметь такие значения, при которых перемещения в направлении этих реакций равнялись бы нулю (или заданным величинам). Таким образом, при раскрытии статической неопределимости этим методом искомыми оказываются не деформации, а соответствующие им силы – реак-ции связей (отсюда и название «метод сил»).

Запишем основные этапы раскрытия статической неопределимости по мето-ду сил:

1) определяем степень статической неопределимо-сти системы, то есть число лишних неизвестных;

2) удаляем лишние связи и заменяем таким образом исходную статически неопределимую систему ста-тически определимой. Эта новая система, освобож-денная от лишних связей, называется основной Заметим, что выбор лишних связей может быть достаточно произвольным и зависит лишь от желания расчетчика, так что для одной и той же исходной статически неопределимой системы возможны различные варианты основных систем. Однако нужно следить за тем, чтобы основная система оставалась геометрически неизменяемой – то есть ее элементы после удаления лишних связей не должны иметь возможности свободно пере-мещаться в пространстве. 3) составляем уравнения для деформаций в точках приложения лишних неизвестных. Так как в исходной системе эти деформации равны нулю, то и указанные уравнения необходимо также приравнять к нулю. Затем из полученных урав-нений находим величину лишних неизвестных. Основные задачи сопротивления материалов. Деформации упругие и пластические. Основные гипотезы и допущения . Классификация нагрузок и...