Описание
Механизм Чебышёва был изобретён в XIX веке математиком Пафнутием Чебышёвым , проводившим исследования теоретических проблем кинематических механизмов. Одной из таких проблем была проблема преобразования вращательного движения в приближённое к прямолинейному движению.
Прямолинейное движение определяется движением точки P - средней точки звена L 3 , расположенной посередине между двумя крайними точками сцепки данного четырёхзвенного механизма . (L 1 , L 2 , L 3 , и L 4 показаны на иллюстрации). При движении по участку, показанному на иллюстрации, точка Р отклоняется от идеального прямолинейного движения. Соотношения между длинами звеньев таковы:
Точка P лежит на середине звена L 3 . Приведённые соотношения показывают, что звено L 3 расположено вертикально, когда оно находится в крайних положениях своего движения.
Длины связаны математически следующим образом:
На основании описанного механизма Чебышёв изготовил первый в мире шагающий механизм, который пользовался большим успехом на Всемирной выставке в Париже в 1878 году .
См. также
Другими способами преобразования вращательного движения в приближённо прямолинейное являются следующие:
- механизм Хойкена - разновидность механизма Чебышёва;
Напишите отзыв о статье "Механизм Чебышёва"
Примечания
Ссылки
|
||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Механизм Чебышёва
– Про…ли волка то!… охотники! – И как бы не удостоивая сконфуженного, испуганного графа дальнейшим разговором, он со всей злобой, приготовленной на графа, ударил по ввалившимся мокрым бокам бурого мерина и понесся за гончими. Граф, как наказанный, стоял оглядываясь и стараясь улыбкой вызвать в Семене сожаление к своему положению. Но Семена уже не было: он, в объезд по кустам, заскакивал волка от засеки. С двух сторон также перескакивали зверя борзятники. Но волк пошел кустами и ни один охотник не перехватил его.Николай Ростов между тем стоял на своем месте, ожидая зверя. По приближению и отдалению гона, по звукам голосов известных ему собак, по приближению, отдалению и возвышению голосов доезжачих, он чувствовал то, что совершалось в острове. Он знал, что в острове были прибылые (молодые) и матерые (старые) волки; он знал, что гончие разбились на две стаи, что где нибудь травили, и что что нибудь случилось неблагополучное. Он всякую секунду на свою сторону ждал зверя. Он делал тысячи различных предположений о том, как и с какой стороны побежит зверь и как он будет травить его. Надежда сменялась отчаянием. Несколько раз он обращался к Богу с мольбою о том, чтобы волк вышел на него; он молился с тем страстным и совестливым чувством, с которым молятся люди в минуты сильного волнения, зависящего от ничтожной причины. «Ну, что Тебе стоит, говорил он Богу, – сделать это для меня! Знаю, что Ты велик, и что грех Тебя просить об этом; но ради Бога сделай, чтобы на меня вылез матерый, и чтобы Карай, на глазах „дядюшки“, который вон оттуда смотрит, влепился ему мертвой хваткой в горло». Тысячу раз в эти полчаса упорным, напряженным и беспокойным взглядом окидывал Ростов опушку лесов с двумя редкими дубами над осиновым подседом, и овраг с измытым краем, и шапку дядюшки, чуть видневшегося из за куста направо.
«Нет, не будет этого счастья, думал Ростов, а что бы стоило! Не будет! Мне всегда, и в картах, и на войне, во всем несчастье». Аустерлиц и Долохов ярко, но быстро сменяясь, мелькали в его воображении. «Только один раз бы в жизни затравить матерого волка, больше я не желаю!» думал он, напрягая слух и зрение, оглядываясь налево и опять направо и прислушиваясь к малейшим оттенкам звуков гона. Он взглянул опять направо и увидал, что по пустынному полю навстречу к нему бежало что то. «Нет, это не может быть!» подумал Ростов, тяжело вздыхая, как вздыхает человек при совершении того, что было долго ожидаемо им. Совершилось величайшее счастье – и так просто, без шума, без блеска, без ознаменования. Ростов не верил своим глазам и сомнение это продолжалось более секунды. Волк бежал вперед и перепрыгнул тяжело рытвину, которая была на его дороге. Это был старый зверь, с седою спиной и с наеденным красноватым брюхом. Он бежал не торопливо, очевидно убежденный, что никто не видит его. Ростов не дыша оглянулся на собак. Они лежали, стояли, не видя волка и ничего не понимая. Старый Карай, завернув голову и оскалив желтые зубы, сердито отыскивая блоху, щелкал ими на задних ляжках.
Механизм Чебышева
Механизм Чебышева - это механизм, преобразующий вращательное движение в приближённое к прямолинейному движение.
Был изобретён в 19-м веке математиком Пафнутием Чебышевым , проводившим исследования теоретических проблем кинематических механизмов. Одной из таких проблем была проблема преобразования вращательного движения в приближённое к прямолинейному движение.
Прямолинейное движение определяется движением точки P - средней точки звена L 3 , расположенной посередине между двумя крайними точками сцепки данного четырёхзвенного механизма . (L 1 , L 2 , L 3 , и L 4 показаны на иллюстрации). При движении по участку, показанному на иллюстрации, точка Р отклоняется от идеального прямолинейного движения. Соотношения между длинами звеньев таковы:
Точка P лежит на середина звена L 3 . Приведённые соотношения показывают, что звено L 3 расположено вертикально, когда оно находится в крайних положениях своего движения.
Длины связаны математически следующим образом:
На основании описанного механизма Чебышев изготовил первый в мире шагающий механизм, который пользовался большим успехом на Всемирной выставке в Париже в 1878 году .
Другими способами преобразования вращательного движения в приближённо прямолинейное являются следующие:
- механизм Хойкена - разновидность механизма Чебышева;
- Механизм Липкина - Посселье;
Примечания
Ссылки
| Механизмы | |
|---|---|
| Вращательные | |
| Прямолинейные | |
| ...приближённо | |
| Поступательные | |
| Сложное движение | |
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Механизм Чебышева" в других словарях:
- (англ. Klann linkage) это плоский механизм, имитирующий походку животных и способный служить в качестве замены колесу. Механизм состоит из вращающегося звена, кривошипа, двух шатунов и двух сцепок. Все звенья соединены плоскими… … Википедия
- (анимация). См. также Лемниската Бернулли Механизм Уатта (механизм Ватта, параллелограмм Ватта) изобретён Джеймсом Уаттом (19 января 1736 25 августа 1819) для придания поршню паровой машины прямолинейного движения. Этот ме … Википедия
Посселье: звенья, показанные одним цветом, имеют одинаковую длину Механизм Липкина Посселье (англ. Peaucellier–Lipkin linkage), изобретённый в 1864 году, был первым плоским механизмом, способным преобразовывать вращательное движение в… … Википедия
Механизм Саррюса. Чтобы посмотреть анимацию, кликните на картинку Механизм Саррюса (англ. Sarrus linkage), изобретённый … Википедия
- (греч. μηχανή mechané машина) это совокупность совершающих требуемые движения тел (обычно деталей машин), подвижно связанных и соприкасающихся между собой. Механизмы служат для передачи и преобразования движения … Википедия
Анимированное изображение планшайбы с валом и стержнями. Вращающийся вал и диск показаны серебристым цветом. Невращающийся диск показан золотистым цветом и шесть стержней приводятся от него в возвратно поступательное движение. Стержни могут быть… … Википедия
- (англ. Hoekens linkage) это четырёхзвенный механизм, преобразующий вращательное движение в приближённо прямолинейное. Этот механизм является подобным механизму Чебышева. Соотношения между звеньями механизма показаны на иллюстрации.… … Википедия
Специальная система многочленов, ортогональных с весом (Чебышева многочлен 1 го рода) или с весом (Чебышева многочлен 2 го рода) на отрезке ЧЕБЫШЕВА ПАРАЛЛЕЛОГРАММ плоский 4 звенный шарнирный механизм для воспроизведения движения некоторой точки… … Большой Энциклопедический словарь
Шарнирный механизм, предложенный П. Л. Чебышевым в 1868 для воспроизведения движения некоторой точки механизма по прямой линии. Ч. п. представляет собой плоский шарнирный четырёхзвенник ABCD (рис.), называемый также прямолинейно… … Большая советская энциклопедия
- (по имени рус. математика и механика П. Л. Чебышёва; 1821 1894) плоский 4 звенный шарнирный механизм для воспроизведения движения не к рой точки звена (на рис. точка М) по прямой линии без применения направляющих. Предложен в 1868. Применяется в… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ПРОЕКТНАЯ РАБОТА
по направлению «Юные исследователи»
ТЕМА: «ШАГАЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ
ОТ ЧЕБЫШЕВА ДО НАШИХ ВРЕМЁН»
Выполнил:
Зонов Артём Михайлович
Класс: 7 «Г»
Научный руководитель:
Дацко Елена Владимировна
Должность: учитель математики
г. Клин, 2015 год
Содержание
Стр.
Введение 3-4
1. Биография русского математика и механика П.Л.Чебышева 5-6
2. Многообразие механизмов, изобретённых П.Л. Чебышевым 6-8
3. Стопоходящая машина – исток современной робототехники 8-10
4. Моё изобретение – макет стопоходящей машины 10-12
Заключение 13
Список использованной литературы 14
Введение
«Перед каждым паровозом бежит тень лошади»
Герберт Уэллс, английский писатель и публицист
Шагающие машины не сказка, и не выдумка из жанра научной фантастики. Вам кажется, что это дело далёкого будущего, а на самом деле первое в мире такое механическое чудо изобрёл русский математик П.Л. Чебышев в то время, когда в России появилась первая мартеновская печь, а Пржевальский только отправился в свою экспедицию. Это была вторая половина XIX века. Много лет Пафнутий Львович увлекался изобретением плоских шарнирных механизмов и придумал их несколько десятков.
Плоские шарнирные механизмы в повседневной жизни можно встретить везде и всюду – зонтик, велосипед, дверцы духовки. Работа этих систем не перестаёт нас удивлять. Взять, к примеру, стеклоочистители автомобиля – «дворники», смахивающие воду с лобового стекла влево – вправо. Неужели вам никогда не было интересно, как они приходят в движение?
С одной стороны их работа противоречит законам физики. Каким образом достаточно мощный моторчик, который всегда вращается в одну сторону и не может быстро менять направление движения, заставляет работать дворники? В этом ему помогают специальные реечки, преобразующие равномерное вращение оси в круговые движения – это и есть плоский шарнирный механизм.
Ранее изобретатели похожих устройств полагались при их создании только свой опыт и техническое чутьё. Козьма Прутков про таких говорил: «Узкий специалист подобен флюсу: полнота его односторонняя».
Математик Пафнутий Львович Чебышев первым стал исследовать шарнирные механизмы с помощью математики. Он разработал новые направления науки – теорию приближения функций и теорию синтеза механизмов .
В работах Чебышева собрано много уникальных идей, что даёт ему право считаться одним из лучших представителей математической школы. И в наше время труды Пафнутия Львовича уникальны и актуальны. Во многих странах продолжается их развитие. Это доказывает актуальность выбранной мной темы.
Цель данного проекта заключается в изучении истории создания математических открытий Чебышева, изменивших ход развития науки. Для достижения поставленной цели требуется выполнить ряд следующих задач :
1. Познакомиться с биографией П.Л.Чебышева.
2. Изучить многообразие механизмов, изобретённых П.Л. Чебышевым.
3. Обобщив все полученные знания, согласно чертежам Чебышева повторить его изобретение – создать свой макет стопоходящей машины.
Объектом изучения данного проекта являются научные открытия П.Л.Чебышева. Предметом изучения выступает значение данных открытий для науки и повседневной практики.
Проектная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения. В первой главе рассказывается о биографии великого российского учёного. Во второй главе описывается многообразие изобретённых им механизмов. В третьей главе рассматривается история создания стопоходящего механизма и практическая роль применения его в современной жизни. И в заключительной главе поэтапно описывается процесс самостоятельного создания макета стопоходящей машины.
В ходе написания проектной работы мной были использованы несколько источников информации: научные журналы «Вокруг света» и «Всемирная иллюстрация», научно-художественные книги: Бусленко В.Н. «Наш коллега робот» и Росоховатский И.М., Стогний А.А. «Двойник конструктора Васильченко», а так же различные полезные интернет-ресурсы.
Итогом проектной работы является создание собственного макета стопоходящей машины.
1. Биография русского математика и механика П.Л. Чебышева
Рис. 1. Пафнутий Львович Чебышев (1821-1894)
Жизнь великого русского учёного подобна его изобретениям – проста и удивительна. Родился он 26 мая 1821 года, в селе Акатове Калужской губернии Боровского уезда, в имении своей матери .
Вспоминая детство, Чебышев любил рассказывать о своей учительнице музыки, которая, не научив музыке, приучила его к точности и анализу.
Чебышев с детства прихрамывал, и ему приходилось пользоваться тростью. Это и помешало ему стать офицером, чего он очень хотел, так как был из семьи потомственных военных.
Юноша получил дома первоначальное образование. И пусть он не учился ни в одном из средних учебных заведений, легко сдал экзамен в Московский университет.
В то время, когда Европа слушала Шопена, Россия жадно ловила каждое Пушкинское слово, были изобретены серные спички, а Шампольон расшифровал египетские иероглифы, Пафнутий Львович продолжал прилежно учиться и в двадцать лет окончил университет, а к двадцати пяти годам защитил в университете диссертацию на степень магистра по теме теории вероятностей. На следующий год Чебышев переехал в Петербург, так как он был приглашён работать на кафедру Петербургского университета. Там он стал профессором, где отдал работе много сил и посвятил себя научной работе до последних минут своей жизни.
8 декабря 1894 утром за работой, Чебышев скончался за своим письменным столом. Днём ранее он обсуждал с учениками планы своих работ и узнавал о темах их самостоятельного творчества.
Благодаря выдающимся исследованиям в области математики П. Л. Чебышев был избран членом 25 ведущих академий и научных обществ: Парижской, Петербургской, Берлинской, Болонской, Римской, Стокгольмской, Шведской академий, Лондонского Королевского общества и других математических обществ. Президент Парижской академии наук, известный математик Шарль Эрмит заявил, что Чебышев «является гордостью русской науки и одним из величайших математиков Европы».
2. Многообразие механизмов, изобретённых П.Л. Чебышевым
Математика для Чебышева не была сухой и абстрактной наукой, и поэтому, занимаясь сложными теоретическими вопросами, Пафнутий Львович легко находил им практическое применение. Недаром он сам позже написал: «Сближение теории с практикой дает самые благотворные результаты, и не одна только практика от этого выигрывает: сами науки развиваются под влиянием ее; она открывает им новые предметы для исследования или новые стороны в предметах давно известных»
Для своей эпохи П.Л. Чебышев был настоящим новатором науки и техники, подарив миру такое разнообразие открытий и изобретений.
В работе «О построении карт» Чебышев решил вопрос о проекции карты данной страны, чтобы искажение при построении в масштабе было минимальным. Именно он вычислил, что для Европейской России самая выгодная проекция давала искажение менее 2%.
В течение многих лет Чебышев являлся членом военного комитета, работал в военном артиллерийском ведомстве. Занимался усовершенствованием точности стрельбы и её дальностью. Он предложил круглые ядра заменить цилиндрическими с конусом. Его работы напечатаны в современных учебниках по баллистике. И в наши дни пользуются формулой Чебышева для определения дальности полёта снаряда. Практическое применение на флоте в системах управления стрельбой получил «параллелограмм Чебышева».
Но самая неожиданная работа – «О кройке платьев» – является образцом практического применения геометрии. Пафнутий Львович показал как при конструировании чехла, покрывающего тело различной формы, оптимально вычислять линию кроя. С данной работой Чебышев выступил на заседании Французской ассоциации в 1878 году.
Чебышев в поездке в Лиллу внимательно изучил местные ветряные мельницы и усовершенствовал форму их крыльев. Не обошёл вниманием и паровую машину Дж. Уатта – небольшие, казалось, изменения значительно улучшили данный механизм.
Учёный, наблюдая за походкой животных, построил модель стопоходящей машины (См. Рис. 2). Создал самокатное кресло, гребной механизм, сортировальную машину, арифмометр (См. Рис. 3). Но не всё из созданного и построенного Чебышевым нашло практическое применение. Многое осталось невостребованным. Первую счетную машину непрерывного действия – изобретателю пришлось подарить музею искусств и ремёсел в Париже .
Рис. 2. Макет стопоходящей машины
Рис. 3. Арифмометр
Тесная связь теоретических вопросов с практикой, наибольшее внимание к фундаментальным проблемам теории механизмов, самостоятельность от других направлений и школ – отличительная черта русской школы науки. Не все идеи академика были признаны современниками и продолжателями. Но научное направление, созданное под руководством Пафнутия Львовича, было важным и определяющим для развития всей русской математической школы .
3. Стопоходящая машина – исток современной робототехники
Природа создала бесконечное количество конструкций ног. Каких здесь только нет! Ноги, обеспечивающие высокую скорость передвижения. Ноги, пригодные для движения по песку, снегу, болоту; ноги для прыжков, опорные ноги и ноги толкатели, ноги, с помощью которых можно взбираться на гладкую стену и ходить по потолку.
В конструкции органов передвижения человек сделал весьма принципиальное изобретение, которому могла бы позавидовать сама природа. Это изобретение – колесо . И что наиболее важно – в изобретении колеса человек не копировал природу, а шёл своим самобытным путём .
Рассматривая историю развития транспортных колёсных средств за много веков, мы думаем, что шаговый принцип передвижения наиболее примитивный и неинтересный для современного технического века. Мы привычно думаем, что колесо эффективнее ног. Но использовать колёса хорошо только на ровной, твёрдой и гладкой поверхности. К сожалению, в природе это встречается не часто.
Колёса на мягкой почве беспомощны, машины, застрявшие в грязи, становятся бесполезными.
Вы скажите: «А вездеход?» Ведь он ездит по любой дороге. Если рассмотреть внимательно, то колесо находится на жесткой мостовой – гусенице, которую вездеход прокладывает вперёд себя, а после едет как по «твёрдой дороге». В отличие от других, шагоход может отлично двигаться по различной поверхности. Присесть, пролезая под низким трубопроводом, развернуться в небольшом пространстве, как бы переступая. Легко подняться на «цыпочки», не боясь поцарапать днище за выступ или неровность на дороге.
Именно академик П.Л. Чебышев является родоначальником направления изобретения шагоходов (См. Рис. 4). Он сконструировал «стопоходящую машину», которая состоит из четырёх механизмов в виде греческой буквы Я. Корпус машины перемещается горизонтально вперёд, упираясь башмаком на грунт. Башмак описывает в воздухе кривую, когда отрывается от земли. Эта кривая напоминает траекторию стопы пешехода.
Рис. 4. Стопоходящая машина Чебышева
Выходит, что бабушкой нынешних японских роботов можно с полной уверенностью считать стопоходящую машину.
Иногда сто лет не удаётся изобрести машину, даже если в этом есть острая нужда, а бывало, что новая машина появлялась раньше, чем люди догадывались, для чего она им необходима. Поэтому, на какое-то время наступило затишье и в истории шагающих машин. Вплоть до технологического прорыва 60-70-х годов. Фирма General Electric спустя почти столетие начала выпуск потомка «четырёхнога» Чебышева – гигантов высотой более трёх метров. Эти машины были предназначены для выполнения тяжёлых работ в самых различных отраслях промышленности. Одной своей ногой гигант способен поднять груз весом до половины тонны. Он мог стоять на двух ногах, опускаться на колени, легко перешагнуть через препятствие, вытащить из кювета автомобиль, внести пианино на второй этаж через окно .
Сейчас шагающие роботы разрабатываются для различных практических целей. С их помощью исследуют морские глубины. Они особо необходимы в сложных условиях техногенных катастроф, для аварийно-спасательных работ.
И на службе в армии роботы нашли широкое применение – сапёры, разведчики, носильщики.
Необходимо рассказать о современной разработке: «Шагающее кресло», созданное совместно с Tmsuk , фирмой по производству роботов. Две его «ноги», работающие от аккумуляторной батареи, приводятся в движении при помощи 12 приводов. Человека до 60 килограмм робот без труда может поднимать и, при необходимости, переносить. Изобретатели утверждают, что инвалиды смогут передвигаться по неровным поверхностям и даже подниматься по лестницам.
4. Моё изобретение – макет стопоходящей машины
Всё гениальное просто только на первый взгляд. Приступая к созданию собственного макета стопоходящей машины, я и не предполагал о тех трудностях, с которыми пришлось столкнуться.
Внимательно изучив чертежи механизма Чебышева и компьютерную 3-D модель, созданную по заказу Политехнического музея, я приступил к работе.
Попытка соорудить макет из типового металлического конструктора, который используется на уроках труда в начальной школе, с треском провалилась. Во-первых, уже существующие в конструкторе отверстия сами диктуют размеры сочленений, не позволяя строго соблюсти заданный чертёж. Во-вторых, конструкция получилась хлипкой, «ноги» были не в состоянии себя держать.
В результате для создания макета мною были использованы: пластиковая пластина, болты и шпильки с самоконтрящимися гайками, заклёпочник (для усиления узлов рычагов), лобзик, линейка, карандаш и, конечно же, схема будущего стопоходящего механизма (См. Рис. 5).
Рис. 5. Используемые приборы и материалы
Согласно расчётам у каждого лямбда-механинизма должно быть три звена одинаковой длины. Реечки, образующие шарнирный параллелограмм, похожий на педали велосипеда, рассчитываем по коэффициентам 0,355 и 0,634 от длины одинаковых звеньев. В моём изобретении звенья получились следующей длины – 140 мм (280 мм на длинном плече), 89 мм и 50 мм, «ноги» – 310 мм (См Рис. 6).
Рис. 6. Механизм в процессе создания
На пластиковой пластине я разметил и выпилил при помощи лобзика все нужные мне детали, не забыв при этом про раму жёсткости. На полученных деталях произвёл разметку и просверлил отверстия. Четыре лямбда-механизма закрепил на каркасе, соединил их на шарниры, приделал к ним «ноги». Шарнирным механизмом в моём макете служат шпильки и болты с самоконтрящимися гайками. Для повышения устойчивости конструкции к ногам прикреплены «стопы» в виде куриных лапок. Особенностью этой конструкции является предельная жёсткость соединений. С помощью полых металлических трубок я укрепил механизм по диагонали, чтобы не допустить ситуации, когда он стопорится или заваливается. Так как модель получилась довольно тяжёлой, я отказался от идеи использовать движок, а по центру одного из звеньев параллелограмма приделал ручку для удобства демонстрации механизма в движении (См. Рис. 7).
Рис. 7. Собранные мной модели стопоходящих машин
Самое интересное, что я начал вам рассказывать историю с конца. На самом деле всё началось с того, что бесконечно совершенствуя собранных из конструктора роботов, меня заинтересовало, каким образом один моторчик двигает сразу четыре ноги. Простая игрушка открыла для меня целый мир удивительных открытий великого русского учёного Пафнутия Львовича Чебышева, которые заставили меня взглянуть на математику с совершенно другой стороны. И пусть пока я постигаю тонкости геометрии с помощью игрушек, уже сейчас мне ясно – математика будет со мною рядом всю жизнь!
Заключение
Пафнутий Львович Чебышев – великий русский учёный. Он не только занимался сложными теоретическими вопросами, но и находил им применение. Его жизнь полна различных изобретений. Для своей эпохи Пафнутий Львович подарил миру большое многообразие открытий. Одно из его направлений – это изобретение шагоходов. Он сконструировал «стопоходящую машину». Не все идеи были признаны современниками П. Л. Чебышева. Однако научное направление, созданное под руководством учёного, было определяющим для развития математической школы в России.
Обобщив все полученные знания, согласно чертежам Чебышева я сумел повторить одно из его изобретений – создал свой макет стопоходящей машины. Уже сейчас я понимаю, как сложна профессия конструктора. Но в то же время она крайне увлекательна, и именно поэтому свою дальнейшую жизнь я бы хотел связать возможно с ней.
Список использованной литературы
1. Артоболевский И.И. Роль и значение П.Л.Чебышева в истории развития теории механизмов // Известия Академии Наук СССР. Отделение технических наук. – 1945. – №4/5. – с. 396-412.
2. Росоховатский И.М., Стогний А.А. Двойник конструктора Васильченко. – Л.: Детская литература, 1979. – 191с.
3. Стеклов В.А. Теория и практика в исследованиях Чебышева. – Пг.: Росс. Акад. Наук, 1921. – 24 с.
4. Кузнецов И.В. Люди русской науки. Том 1. – М.: ГИТТЛ, 1948. – 644 с.
5. www.etudes.ru (Фонд «Математические этюды»).
6. www.tcheb.ru (Механизмы П.Л. Чебышева – проект фонда «Математические этюды») .
Этот первый в мире шагающий механизм, изобретённый российским математиком, получил всеобщее одобрение на Всемирной выставке в Париже 1878 года.
Пафнутий Львович Чебышев — выдающийся российский математик, чьи исследования касались широкого спектра научных проблем.
В своих трудах он стремился соединить математику с основами естествознания и техники. Ряд открытий Чебышева связан с прикладными исследованиями, в первую очередь касающимися теории механизмов. Кроме того, Чебышев является одним из основоположников теории наилучшего приближения функций с помощью многочленов. Он доказал в общей форме закон больших чисел в теории вероятностей, а в теории чисел — асимптотический закон распределения простых чисел и др. Исследования Чебышева явились основой для развития новых разделов математической науки.
Будущий прославившийся на весь мир математик родился 26 мая 1821 года в селе Окатово Калужской губернии. Отец его, Лев Павлович, был богатым землевладельцем. Воспитанием и образованием ребенка занималась мать, Аграфена Ивановна. Когда Пафнутию исполнилось 11 лет, семья перебралась в Москву, чтобы продолжить обучение детей. Здесь Чебышев познакомился с одними из лучших преподавателей — П. Н. Погоревским, Н. Д. Брашманом.
В 1837 году Пафнутий поступил в Московский университет. В 1841 году Чебышев написал работу «Вычисление корней уравнений», и она та удостоена серебряной медали. В этом же году Чебышев окончил университет.
В 1846 году Пафнутий Львович защитил магистерскую диссертацию, а через год он переехал в Петербург. Здесь он начал преподавать в Петербургском университете.
В 1849 году Чебышев защитил докторскую диссертацию «Теория сравнений» (она была удостоена Демидовской премии). С 1850 по 1882 год Чебышев являлся профессором Петербургского университета.
Значительное количество трудов Чебышева связано с проблемами математического анализа. Так, диссертация ученого на право чтения лекций посвящена интегрируемости некоторых иррациональных выражений в алгебраических функциях и логарифмах. Доказательство знаменитой теоремы об условиях интегрируемости дифференциального бинома в элементарных функциях изложено в работе 1853 года «Об интегрировании дифференциальных биномов». Еще несколько трудов Чебышева посвящены интегрированию алгебраических функций.
В 1852 году во время поездки в Европу Чебышев ознакомился с устройством регулятора парового двигателя — параллелограммом Дж. Уатта. Русский ученый задался целью «вывести правила для устройства параллелограммов прямо из свойств этого механизма». Результаты исследований, касающиеся данной проблемы, были из-ложены в труде «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов» (1854). Этой работой одновременно были заложены основы одного из разделов конструктивной теории функций — теории наилучшего приближения функций.
В «Теории механизмов» Чебышев ввел ортогональные многочлены, которым впоследствии было присвоено его имя. Следует отметить, что, помимо приближения алгебраическими многочленами, ученый исследовал приближение тригонометрическими многочленами и рациональными функциями.
В дальнейшем Чебышев занялся разработкой общей теории ортогональных многочленов на основе интегрирования с помощью парабол по методу наименьших квадратов — одного из методов теории ошибок, применяемого для оценки неизвестных величин по результатам измерений, которые содержат случайные ошибки. Этот метод используется при обработке наблюдений.
Будучи членом артиллерийского отделения военно-ученого комитета, Чебышев решил ряд задач, связанных с квадратурными формулами — результаты изложены в работе «О квадратурах» (1873) — и теорией интерполяции. Квадратурные формулы используются для приближенного вычисления интегралов по значениям подынтегральной функции в конечном числе точек.
Интерполяцией в математике и статистике называется метод отыскания промежуточных значений величины по некоторым известным ее значениям.
Сотрудничество Чебышева с артиллерийским ведомством было направлено на усовершенствование дальнобойности и точности артиллерийской стрельбы. Известна формула Чебышева, предназначенная для вычисления дальности полета снаряда. Труды Чебышева оказали значительное влияние на развитие русской артиллерийской науки.
Исследовательский интерес Чебышева привлекали не только параллелограммы Уатта, но и другие шарнирные механизмы. Их изучению посвящен ряд работ ученого: «О некотором видоизменении коленчатого параллелограмма Уатта» (1861), «О параллелограммах» (1869), «О параллелограммах, состоящих из трех каких-либо элементов» (1879) и др.
Чебышев не только изучал уже существующие механизмы, но и сам занимался их конструированием, в частности он создал так называемую «стопоходящую машину», которая воспроизводит движения животного при ходьбе, автоматический арифмометр, механизмы с остановками и др.
В 1868 году Чебышевым было предложено особое устройство — плоский четырехзвенный шарнирный механизм для воспроизведения движения некоторой точки звена по прямой линии без применения направляющих. Это устройство было названо в честь русского математика параллелограммом Чебышева.
Ученого занимали и вопросы картографии, поиск способов получения оптимальной картографической проекции страны, позволяющей максимально точно воспроизводить соотношения объектов. Этой проблеме посвящена работа Чебышева «О построении географических карт» (1856).
Чебышев добился значительных успехов в решении проблемы распределения простых чисел. Результаты своих исследований он изложил в трудах: «Об определении числа простых чисел, не превосходящих данной величины» (1849) и «О простых числах» (1852).
Пафнутия Львовича Чебышева очень увлекала преподавательская деятельность. Он организовал школу русских математиков, выпускники которой стали известными математиками — Д. А. Золотарёв, А. Н. Ляпунов, К. А. Сохоцкий и др.
Далее в работе «Об одном арифметическом вопросе» (1866) ученый проанализировал проблему приближения чисел рациональными числами, что сыграло немалую роль в становлении теории диофантовых приближений. Следует отметить, что в теории чисел Чебышев явился основоположником целой школы русских ученых.
Труды Чебышева в этом направлении отметили важный этап в развитии теории вероятностей. Русский математик стал систематически использовать случайные величины, доказал неравенство, впоследствии названное его именем, разработал новый прием доказательства предельных теорем теории вероятностей, так называемый метод моментов, а также в общей форме обосновал закон больших чисел.
Чебышеву принадлежит целый ряд работ по теории вероятностей. Среди них «Опыт элементарного анализа теории вероятностей» (1845), «Элементарное доказательство одного общего положения теории вероятностей» (1846), «О средних величинах» (1867), «О двух теоремах относительно вероятностей» (1887). Однако ему не удалось довести до завершения исследование условий сходимости функций распределения сумм независимых случайных величин к нормальному закону. Это сделал А. А. Марков, один из учеников ученого. Исследования Чебышева в области теории вероятностей явились существенным этапом в ее развитии и стали базой для формирования русской школы теории вероятностей, первоначально состоявшей из учеников Чебышева.
Чебышев работал также над теорией приближения. Так называется раздел математики, который изучает возможности приближенного представления одних математических объектов другими, обычно более простой природы, а также проблемы оценки вносимой при этом погрешности.
Приближенные формулы для вычисления таких функций, как корень или констант, были разработаны еще в древности.
Однако началом современной теории приближения считается работа Чебышева «Sur les questions de minima qui se rattachent a la representation approximative des fonctions» (1857), которая посвящена полиномам, наименее уклоняющимся от нуля, в настоящее время называемым «полиномами Чебышева первого рода».
Теория приближений нашла применение при построении численных алгоритмов, а также при сжатии информации. В настоящее время выпускается несколько научных журналов, выходящих на английском языке и посвященных проблемам теории приближения: Journal on Approximation Theory (США), East Journal on Approximation (Россия и Болгария), Constructive Approximation (США).
Чебышев внес большой вклад и в развитие артиллерии. До сих пор в учебниках по баллистике присутствует формула, выведенная Чебышевым для вычисления дальности полета снаряда.
За свои заслуги Чебышев был избран членом Петербургской, Берлинской и Болонской, Парижской академий наук, членом-корреспондентом Лондонского Королевского общества, Шведской академии наук и др. Кроме того, выдающийся математик являлся почетным членом всех университетов страны.
Осенью 1894 года Чебышев заболел гриппом и в скором времени скончался. Однако имя выдающегося русского математика не забыто до сих пор.
В 1944 году Академия наук учредила премию имени П. Л. Чебышева.
Словарь отвечает на многие вопросы из области техники, рассказывает об истории ее развития и научно-техническом прогрессе, об известных ученых и наиболее выдающихся открытиях. Книга охватывает большой круг знаний - от космической техники до техники кино и телевидения, рассказывает о многих профессиях. В ней содержатся практические советы юным техникам. Для школьников среднего и старшего возраста.
В 1936 году советский инженер и учёный Владимир Лукьянов создал вычислительную машину, все математические операции в которой выполняла текущая вода. Гидравлический интегратор Лукьянова - первая в мире вычислительная машина для решения дифференциальных уравнений в частных производных - на протяжении полувека был единственным средством вычислений, связанных с широким кругом задач математической физики.
В книге рассказывается о разнообразных связях, существующих между математикой и шахматами: о математических легендах о происхождении шахмат, об играющих машинах, о необычных играх на шахматной доске и т. д. Затронуты все известные типы математических задач и головоломок на шахматную тему: задачи о шахматной доске, о маршрутах, силе, расстановках и перестановках фигур на ней. Рассмотрены задачи «о ходе коня» и «о восьми ферзях», которыми занимались великие математики Эйлер и Гаусс. Дано математическое освещение некоторых чисто шахматных вопросов - геометрические свойства шахматной доски, математика шахматных турниров, система коэффициентов Эло.
Александра Скрипченко
Математик Александра Скрипченко о биллиарде как динамической системе, рациональных углах и теореме Пуанкаре.
Ученый-популяризатор Николай Андреев создал сайт «Математические этюды», в котором собирает научно-популярные рассказы о современных задачах математики и визуализации математических сюжетов: почему у икосаэдра столько же граней, сколько вершин у додекаэдра, что будет, если зажечь лампочку в фокусе параболы, и какое отношение к квадрату суммы имеет Жан-Жак Руссо.
