Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

О ПРИКЛАДНЫХ РАБОТАХ ШАРЛЯ БОССЮ

Яковлев В.И. Левковский П.Е.

В научном наследии великого французского математика и механика XVIII века, академика Па­рижской академии и профессора Парижской политехнической школы, Шарля Боссю (1730-1814), можно выделить четыре основные группы работ, которые явились результатом его многолетних изучений и исследований отдельных разделов математической науки. К наиболее известным тру­дам Боссю относят работы учебного характера, работы по истории науки, по экспериментальной гидродинамике и прикладные работы по механи­ке. При жизни автора наиболее востребованными оказались прикладные работы, необходимость которых была продиктована практическими нуждами того времени.

Прикладными исследованиями Шарль Боссю начал заниматься еще в юном возрасте, а первой изданной работой явился «Трактат по строитель­ству наиболее оптимальных плотин» (1764 г.) [4], одной из целей которого стало создание практиче­ского руководства по строительству плотин на основе математических расчетов. В своем исследовании Боссю разделил все плотины на несколь­ко основных типов в зависимости от назначения: запруды, набережные, насыпи, наметы, перемыч­ки, отводы и оплоты. Наряду с использованием эмпирических методов, Боссю применил матема­тические расчеты толщины и профиля плотин при различных внешних условиях: скорости, направ­лении течения, глубины реки. При этом в основу было положено две гипотезы поведения плотин под действием воды. По первой - плотина являет­ся абсолютно твердым телом, а вода стремится его опрокинуть. По второму предположению плотина неподвижна в основании, но способна разделиться на горизонтальные слои. Основная идея, которой придерживался Боссю при расчете толщины пло­тины, основывалась на условии равновесия пло­ской фигуры - профиля плотины под действием системы сил, приложенных к ней.

Особое внимание Боссю уделил специфике оптимального строения каждого типа плотин в отдельности. Первостепенной задачей было повы­шение устойчивости к разрушению не столько путем выбора подходящего строительного мате­риала, сколько путем расчета нужной формы пло­тины и расположения ее к течению реки.

В частности, по наблюдениям Боссю, намет подвержен разрушительному действию воды: раз­мытию и «удару течением воды». Поэтому ученый ставил задачи рассчитать оптимальную форму передней кромки намета, при которой он испыты­вал бы наименьшее действие со стороны воды. Вода также оказывает разрушительное действие на перемычки, поскольку перетекая через них, она падает с высоты и размывает грунт у задней части перемычки, подрывая тем самым устойчивость сооружения. Боссю решает задачу отыскания зад­ней формы перемычки - кривой, по которой стекание воды происходило бы с постоянным давлением, а в точке отрыва скорость была горизонтальной.

Руководствуясь основными принципами плотиностроения и вводя разумные ограничения, Боссю создал механические модели, к которым применил математические расчеты. Полученные в ходе вычислений результаты были сопоставле­ны с данными, полученные опытным путем. Результатом такого анализа стали практические рекомендации по оптимальному конструиро­ванию гидросооружений. Научный подход Ш. Боссю к строительству плотин, в частности применении им математических методов, позволяет отнести его сочинение к первым в ис­тории науки работам по математическому моделированию.

Помимо того, что «Трактат по строительству наиболее оптимальных плотин» имел огромное научное значение, он по существу долгие годы являлся практическим руководством по строи­тельству гидравлических сооружений.

Следующими не менее яркими прикладными работами Шарля Боссю стали исследования, по­священные вопросам расчета равновесия сводов и изданные в сборниках Парижской академии наук за 1774, 1776 гг. [5, 6]

К моменту публикации этих трудов в кругах строительных инженеров не сложилось единой методики точного расчета формы и размеров куполов, венчающих многие архитектурные соору­жения. Основным строительным материалом для сооружения сводов выступали клинчатые камни. До появления точных методик расчета равновесия сводов архитекторам для придания куполу требуемого охвата зачастую приходилось опре­делять форму и размер используемых камней, основываясь только на собственном опыте. Боссю одним из первых вывел уравнение устойчиво­сти свода на основе условия равновесия отдельно взятого камня под действием приложенных к нему внешних сил. Уравнение позволило опреде­лить по заданному закону сил форму свода или по выбранной форме свода допустимое для ус­тойчивости свода значение сил.

Боссю представил исследование в форме по­следовательно изложенных аксиоматических по­ложений, в большинстве случаев установленных путем наблюдений. Каждое положение было реа­лизовано в форме общего решения задачи. Ученый рассматривал все задачи применительно к двум типам сводов: цилиндрическим и сферическим.

Важной составляющей работы Боссю стал расчет толщины опор арок для обоих типов сво­дов. В основу расчета было положено условие равенства моментов внешних сил, воздействую­щих на опору. При этом ученый последовательно исходил из двух гипотез разрушения: горизон­тального смещения основы арки и разрушения верхней части свода в области пазуха.

В работах по исследованию равновесия сво­дов Боссю придерживался геометрической манеры изложения и доказательств выдвигаемых положе­ний и решения задач, последовательность и спо­соб изложения теории в работах ученого оказа­лись во многом сходными с современным изложе­нием учебных пособий.

Методика расчета толщины опоры арки, кото­рую разработал Боссю на основе выведенной тео­рии, и особенно последующий анализ полученно­го решения позволили отнести исследовательские работы ученого к практическим руководствам по строительству одного из важных элементов архи­тектуры того времени - свода.

Таким образом, прикладные работы Шарля Боссю по строительству гидросооружений и рас­чету равновесия сводов имели огромное научное значение. Сложно переоценить их влияние не только на становление многих практических ин­женеров и строителей той эпохи, для которых она оказалась просто незаменимой, но и на становле­ние творческой мысли будущих ученых.

Главная заслуга Шарля Боссю заключается в том, что он внес ясность и математическую стро­гость в такую сугубо практическую сферу, как строительство. Ранее знания в этой области накап­ливались на протяжении веков и уточнялись опыт­ным путем, цена ошибок была велика.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.  Левковский П. Е. Задачи конструирования оптимальных гидросооружений в творчестве Шарля Боссю. Электронный журнал "Исследовано в Рос­сии", 58, 653-661, 2008. http://zhurnal.ape.relarn.ru/ articles/2008/058.pdf

2.  Левковский П. Е. Задачи расчета устойчиво­сти сводов в трудах механиков XVIII века на приме­ре работ Шарля Боссю. // Вестник Пермского уни­верситета. Математика. Механика. Информатика. -2009 - вып. 3(29). С. 183-191.

3.  Яковлев В. И. Начала механики. - М.­Ижевск: РХД, 2005. - 352 с.

4.  L´abbe Bossut, Guillaume Viallet. Recherches sur la construction la plus avantageuse des digues ouvrage qui a remporte le prix quadruple propose par l´Academie royale des sciences, inscriptions & belles-lettres de Toulouse pour l´annee 1762. Paris: C.-A. Jombert, 1764.

5.  L´abbe Bossut. Recherches sur l´equillibre des voutes. // Mem. Acad. roy. sci. Paris, 1774 (1778), p. 534-566.

6. L´abbe Bossut. Nouvelles recherches surl´equillibre des voutes en dome. // Mem. Acad. roy. sci.Paris, 1776 (1779), p. 587-596.


Библиографическая ссылка

Яковлев В.И., Левковский П.Е. О ПРИКЛАДНЫХ РАБОТАХ ШАРЛЯ БОССЮ // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 9. – С. 72-73;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26552 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674