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
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.
Со времен изобретения Джеймсом Уаттом паровой машины стояла задача построения шарнирного механизма, переводящего движение по окружности в прямолинейное движение.
Великий русский математик Пафнутий Львович Чебышев не смог точно решить изначальную задачу, однако, исследуя её, разработал теорию приближения функций и теорию синтеза механизмов. Используя последнюю, он подобрал размеры лямбда-механизма так, чтобы… Но об этом чуть ниже.
Два неподвижных красных шарнира, три звена имеют одинаковую длину. Из-за своего вида, похожего на греческую букву лямбда, этот механизм и получил свое название. Незакреплённый серый шарнир маленького ведущего звена вращается по окружности, при этом ведомый синий шарнир описывает траекторию, похожую на профиль шляпки белого гриба.
Расставим на окружности, по которой равномерно вращается ведущий шарнир, метки через равные промежутки времени и соответствующие им метки на траектории свободного шарнира.
Нижнему краю «шляпки» соответствует ровно половина времени движения ведущего звена по окружности. При этом нижняя часть синей траектории очень мало отличается от движения строго по прямой (уклонение от прямой на этом участке составляет доли процента от длины короткого ведущего звена).
На что же еще, кроме шляпки гриба, похожа синяя траектория? Пафнутий Львович увидел сходство с траекторией движения копыта лошади!
Приделаем к лямбда-механизму «ногу» со стопой. Прикрепим к тем же неподвижным осям в противоположной фазе еще одну такую же. Для устойчивости добавим зеркальную копию уже построенной двуногой части механизма. Дополнительными звеньями согласовывают их фазы вращения, а общей платформой соединяются оси механизма. Мы получили, как говорят в механике, кинематическую схему первого в мире шагающего механизма.
Пафнутий Львович Чебышев, будучи профессором Санкт-Петербургского университета, большую часть своего жалования тратил на изготовление придуманных механизмов. Он воплотил описанный механизм «в дереве и железе» и назвал его «Стопоходящая машина». Этот первый в мире шагающий механизм, изобретенный российским математиком, получил всеобщее одобрение на Всемирной выставке в Париже 1878 года.
Благодаря Политехническому музею г. Москвы, сохранившему чебышевский оригинал и предоставившему возможность «Математическим этюдам» обмерить его, у нас есть возможность увидеть в движении точную 3D-модель стопоходящей машины Пафнутия Львовича Чебышева.
Оригинальные статьи П. Л. Чебышева:
- О преобразовании вращательного движения в движение по некоторым линиям при помощи сочленённых систем / По кн.: Полное собрание сочинений П. Л. Чебышева. Том IV. Теория механизмов. - М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1948. С. 161–166.
Музеи и архивы:
- Механизм хранится в Политехническом музее (г. Москва); отдел Автоматики; ПМ № 19472.
- Две деревянные черновые модели стопоходящей машины с пометками П. Л. Чебышева хранятся на кафедре «Теоретической и прикладной механики» Санкт-Петербургского государственного университета.
Исследования:
- И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский. Механизмы П. Л. Чебышева / В кн.: Научное наследие П. Л. Чебышева. Вып. II. Теория механизмов. - М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1945. С. 52–54.
- И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский. Модели механизмов П. Л. Чебышева / В кн.: Полное собрание сочинений П. Л. Чебышева. Том IV. Теория механизмов. - М.-Л.: Изд-во АН СССР. 1948. С. 227–228.
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.
