工学4大力学の難易度を検証!4力の歴史!

Pocket

機械工学には基礎とされる力学が4つある。機械力学、材料力学、熱力学、流体力学である。これらを合わせて4大力学、あるいは4力という。この4つが整ったのが18世紀から19世紀にかけてのことであった。ここではその難易度を発達の歴史から評価してみる。

\応援(広告表示・閲覧)ありがとうございます!/

4大力学の難易度

発展が早かった分野ほど簡単であり、遅かった分野ほど時間がかかった分難易度が高い、と評価すれば、いかの年表のように、

簡単←           →難しい
機械力学、材料力学、熱力学、流体力学

という順であると評価できる。

それぞれの力学の年表

それぞれ時代にそった順序で発展してることがわかる。

機械力学

機械力学は人が機械を使い始めたころから発展してきたと考えてよいが、中性アラビアなどで機会の機構をまとめた書物「機械仕掛けの知恵の書」などが出されるようになり、体系化されはじめた。19世紀には、機械の定義がルーローによって定まる。この時点を持って機械力学の確率と考えてよいと思われる。

材料力学

この分野はすでに科学革命の時代にガリレオが針の曲げについて記述しており、創始されたのはそのころと見てよい。

1773年には、クーロンが梁の曲げ理論をつくっており、1807年にはヤングが、弾性理論を発表している。1834年になると、クリープと疲労といった概念も研究されるようになった。この辺りから破壊力学も始まっていく。

1908年には、ティモシェンコが、その名もずばりの「材料力学」という名前で教科書を書いている。

熱力学

18世紀にカルノーが熱機関について考察を始めたのが始まりとみなされている。そのご、19世紀にはいると、1845年にエネルギー保存則(熱力学だい1法則)1854年にはクラウジウスが、エントロピーの概念(熱力学第2法則)を定式化して、熱力学の基本が完成した。

1899年にはディーゼル機関として実用にも役立てられた。

流体力学

流体力学はニュートンなども考察しているが、初期の功績としては19世紀半ばにナヴィエ-ストークス方程式が発見、19世紀後半にレイノルズが創始し、流体力学と命名し、レイノルズ数などを発見している。

実用としては1902年にクッタが揚力理論を発表し、これはライト兄弟の飛行にも役立てられた。1933年にはゼンケルが、「ロケット航空力学」著し、宇宙にも役立てられる。

なぜ19世紀にこの4つが発展したか

この時期にこの4大力学が発展した理由としては、当時主流だった水力機関や蒸気機関や熱機関がこれらの知見をすべて兼ね備えた発明であったからと推測することができる。機械要素として材料力学と機械力学が必要で、動力として流体力学や熱力学が必要である。