Краткая историческая справка
Биогеоценоз – совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий».
Экосистема – относительно устойчивая система динамического равновесия, в которой организмы и неорганические факторы являются полноправными компонентами».
Владимир Николаевич Сукачев (1942)
Таким образом, в основу определения экосистемы положен функциональный аспект. Экосистема может иметь любую протяженность и состоять из произвольного числа компонентов. Главное, чтобы они создавали устойчивую равновесную систему.
Экосистемой является и аквариум, состоящий из воды, одной рыбки и водорослей и вся земная биосфера. Границы экосистемы заданы задачей исследователя.
В основе определения биогеоценоза, напротив, лежат структурный и территориальный принципы. Критерии, позволяющие устанавливать границы биогеоценоза (элементарной экосистемы) заранее жестко заданы. Поэтому их количество и расположение для любой территории строго регламентированы. Обычно размеры биогеоценоза определены рамками растительной ассоциации.
В остальном, эти определения сходны. Можно сказать, что биогеоценоз это экосистема в границах фитоценоза. То есть, любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема является биогеоценозом.
Всем экологическим системам (биоценозам) присущ обязательный набор свойств.
1. Наличие живого и косного компонентов. Простейшая формула экосистемы:
экосистема = биотическое сообщество + абиотическая среда + взаимодействие;
биогеоценоз = биоценоз + экотоп + взаимодействие.
2. Трехкомпонентный состав экотопа (абиотической среды) -
твердая фаза+жидкая фаза+газообразная фаза.
3. Функциональные компоненты:
продуценты+консументы+редуценты.
4. Поток энергии в пищевой сети.
5. Круговорот веществ.
6. Продуктивность - скорость образования биологической продукции.
7. Развитие экосистем - сукцессия и климакс.
В понятиях экологии биогеоценоз - это элементарная экосистема. В ландшафтоведении понятию биогеоценоз соответствует фация.
Иерархия геосистем достаточно хорошо разработана в ландшафтоведении (Исаченко А.Г., 1991). В то же время иерархия собственно экологических систем (биокосных систем) до сих пор не разработана. Бесспорен лишь биогеоценоз (элементарная экосистема) - низшая система в иерархии, а также глобальная экосистема Земли - биогеосфера - высшая единица.
Кроме того, крупную региональную экосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта. Юджин Одум (1970) выделяет 9 наземных биомов: Тундра, Бореальные хвойные леса, Листопадный лес умеренной зоны, Степь умеренной зоны, тропические грасленд и саванна, Чапараль - районы с жестколистной растительностью, Пустыня, Полувечнозеленый лес, Вечнозеленый лес.
Как наука теория механизмов и машин начала формироваться в конце XVIII – начале XIX вв. под названием «Прикладная механика». Ее развитие неразрывно связано с развитием машинного способа производства. В это время растущая промышленность и машиностроение, особенно в странах Западной Европы – Англии, Франции, Германии, потребовали теоретического решения ряда совершенно новых задач. Сначала разрабатывались методы структурного, кинематического и динамического анализов механизмов.
Однако машины существовали задолго до этой даты. Поэтому в истории развития ТММ можно условно выделить четыре периода:
1-й период до начала XIX века - период эмпирического машиностроения в течение которого изобретается большое количество простых машин и механизмов: подъемники, мельницы, камнедробилки, ткацкие и токарные станки, паровые машины (Леонардо да Винчи, Вейст, Ползунов, Уатт). Одновременно закладываются и основы теории: теорема о изменении кинетической энергии и механической работы, “золотое правило механики”, законы трения, понятие о передаточном отношении, основы геометрической теории циклоидального и эвольвентного зацепления ( Карно, Кулон, Амонтон, Кадано Дж., Ремер, Эйлер).
2-й период от начала до середины XIX века - период начала развития ТММ. В это время разрабатываются такие разделы как кинематическая геометрия механизмов (Савари, Шаль, Оливье), кинетостатика (Кариолис), расчет маховика (Понселе), классификация механизмов по функции преобразования движения (Монж, Лану) и другие разделы. Пишутся первые научные монографии по механике машин (Виллис, Бориньи), читаются первые курсы лекций по ТММ и издаются первые учебники (Бетанкур, Чижов, Вейсбах).
3-й период от второй половины XIX века до начала XX века - период фундаментального развития ТММ. За этот период разработаны: основы структурной теории (Чебышев, Грюблер, Сомов, Малышев), основы теории регулирования машин (Вышнеградский), основы теории гидродинамической смазки (Грюблер), основы аналитической теории зацепления (Оливье, Гохман), основы графоаналитической динамики (Виттенбауэр, Мерцалов), структурная классификация и структурный анализ (Ассур), метод планов скоростей и ускорений (Мор, Манке), правило проворачиваемости механизма (Грасгоф) и многие другие разделы ТММ.
Знаменитый русский ученый, математик и механик, академик П.Л. Чебышев (1821 – 1894) опубликовал ряд работ по структуре и синтезу рычажных механизмов. Используя разработанные им методы, он изобрел и спроектировал свыше 40 новых механизмов, осуществляющих заданные траектории движения, останов звеньев при движении других и т.д. Его по праву считают основателем русской школы теории механизмов и машин, а структурная формула плоских рычажных механизмов называется формулой Чебышева.
Один из основоположников теории автоматического регулирования профессор Петербургского технологического института И.А. Вышнеградский (1831 – 1895) создал научную школу конструирования машин.
Немецкий ученый Ф. Грасгоф (1826 – 1893) математически сформулировал условия проворачиваемости звена плоского рычажного механизма, которое необходимо соблюдать при его синтезе. Английские математики Д. Сильвестр (1814 – 1897) и С. Робертс (1827 – 1913) разработали теорию рычажных механизмов для преобразования кривых (пантографов).
Французский геометр Т. Оливье (1793 – 1858) обосновал метод синтеза сопряженных поверхностей в плоских и пространственных зацеплениях с помощью производящей поверхности. Английский ученый Р. Виллис (1800 – 1875) доказал основную теорему плоского зубчатого зацепления и предложил аналитический метод исследования планетарных зубчатых механизмов. Немецкий инженер-машиновед Ф. Рело (1829 – 1905) разработал графический метод синтеза сопряженных профилей, известный в настоящее время как «метод нормалей». Рело также является автором работ по структуре (строению) и кинематике механизмов. Русский ученый Х.И. Гохман (1851 – 1916) одним из первых опубликовал работу по аналитической теории зацепления.
Значительный вклад в развитие динамики машин внес «отец русской авиации» Н.Е. Жуковский (1847 – 1921) – основоположник современной аэродинамики и автор целого ряда работ по прикладной механике и теории регулирования хода машин.
Русский ученый Л.В. Ассур (1878 – 1920) открыл общую закономерность в структуре многозвенных плоских механизмов, и сейчас применяемую при их анализе и синтезе, разработал метод «особых точек» для кинематического анализа сложных рычажных механизмов. А.П. Малышев (1879 – 1962) предложил теорию структурного анализа и синтеза применительно к сложным плоским и пространственным механизмам.
4-й период от начала XX века до настоящего времени - период интенсивного развития всех направлений ТММ как в России, так и за рубежом. Среди русских ученых необходимо отметить обобщающие работы Левитского Н.И., Фролова К.В.; в области структуры механизмов - работы Малышева, Решетова Л.Н., Озола О.Г.; по кинематике механизмов - работы Колчина Н.И., Смирнова Л.П., Зиновьева В.А.; по геометрии зубчатых передач - работы Литвина Ф.Л., Кетова Х.Ф., Гавриленко В.А., Новикова М.Л.; по динамике машин и механизмов - Горячкин В.П., Кожевников С.Н., Коловский М.З. и др. Данное перечисление не охватывает и малой доли работ выдающихся ученых, внесших существенный вклад в развитие ТММ в этот период. Из зарубежных ученых необходимо отметить работы Альта Х., Бегельзака Г., Бейера Р., Крауса Р., Кросли Ф. и многих других.
Существенный вклад в становление механики машин как цельной теории машиностроения внес академик И.И. Артоболевский (1905 – 1977) – организатор советской школы теории механизмов и машин, автор многочисленных трудов по структуре, кинематике и синтезу механизмов, динамике машин и теории машин-автоматов, а также учебников, получивших всеобщее признание.
В 30-е и последующие годы XX в. большой вклад в теорию механизмов и машин внесли исследования Н.Г. Бруевича – одного из создателей теории точности механизмов, Г.Г. Баранова (1899 – 1968) – автора трудов по кинематике пространственных механизмов, С.Н. Кожевникова, разработавшего общие методы динамического анализа механизмов с упругими звеньями и механизмов тяжело нагруженных машин, и многих других.