המפותחים ביותר וידוע סניפים של מכניקה הם סטטיקה, דינמיקה או קינטיקה, ו קינמטיקה. יחד הם מהווים תחום מדעי שקשור להתנהגותם של ישויות גוף ברגע שנדחפים על ידי כוחות או מפולות.
באופן דומה, מכניקה חוקרת את השלכותיהם של ישויות גופניות בסביבתם. המשמעת המדעית מקורה ביוון העתיקה עם כתבי אריסטו וארכימדס.
בתקופה המודרנית המוקדמת, מדענים ידועים כמו אייזק ניוטון וגלילאו גליליי הקימו את מה שמכונה כיום מכניקה קלאסית.
זהו ענף של פיזיקה קלאסית העוסק באטומים שאינם ניידים או המשקעים לאט, במהירות שכנראה פחות ממהירות האור.
מבחינה היסטורית, המכניקה הקלאסית הגיעה למקום הראשון, בעוד שמכניקת הקוונטים היא המצאה עדכנית יחסית.
מכניקה קלאסית מקורה בחוקי התנועה של אייזק ניוטון ואילו מכניקת הקוונטים התגלתה בראשית המאה העשרים.
החשיבות של המכניקה נעוצה בעובדה שבין אם זה קלאסי או קוונטי, היא מהווה את הידע הכי בטוח שקיים בנושא הטבע הפיזי, והיא נתפסה במיוחד כמודל למדעים מדויקים אחרים כביכול כמו מתמטיקה, פיזיקה, כימיה וביולוגיה.
ענפי מכניקה עיקריים
למכניקה מספר רב של שימושים בעולם המודרני. מגוון תחומי הלימוד שלה הוביל אותה לגיוון ולהקיף את ההבנה של נושאים שונים העומדים בבסיס תחומים אחרים. להלן הענפים העיקריים של המכניקה.
סטָטִי
סטטיקה, בפיזיקה, היא ענף המכניקה העוסק בכוחות הפועלים בישויות גוף לא תנועה בתנאי שיווי משקל.
יסודותיו הוקמו לפני למעלה מ -2,200 שנה על ידי המתמטיקאי היווני הקדום ארכימדס ואחרים, תוך כדי לימוד המאפיינים המגבירים את הכוח של מכונות פשוטות כמו המנוף והפיר.
השיטות והתוצאות של מדע הסטטיסטיקות הוכחו כמועילות במיוחד בתכנון מבנים, גשרים וסכרים, כמו גם מנופים והתקנים מכניים דומים אחרים.
על מנת לחשב את הממדים של מבנים ומכונות כאלה, על אדריכלים ומהנדסים לקבוע תחילה את הסמכויות הכרוכות בחלקים המחוברים ביניהם.
- הסטטיסטיקה מספקת את ההליכים האנליטיים והגרפיים הנחוצים לזיהוי ותיאור הכוחות הלא ידועים הללו.
- הסטטיסטיקה מניחה שהגופים עימם הם עוסקים הם נוקשים לחלוטין.
- הוא גם סבור שתוספת כל הכוחות הפועלים על ישות במנוחה חייבת להיות אפס ואסור שתהיה נטייה לכוחות לסובב את הגוף סביב ציר כלשהו.
שלושת התנאים הללו אינם תלויים זה בזה והביטוי שלהם בצורה מתמטית כולל את משוואות שיווי המשקל. ישנן שלוש משוואות, כך שניתן לחשב רק שלושה כוחות לא ידועים.
אם ישנם יותר משלושה כוחות לא ידועים, המשמעות היא שיש יותר רכיבים במבנה או במכונה הנדרשים לתמוך בעומסים המופעלים או שיש מגבלות רבות יותר ממה שנדרש כדי למנוע את תנועת הגוף.
רכיבים או אילוצים מיותרים כאלה מכונים מיותרים (למשל, לשולחן עם ארבע רגליים יש רגל מיותרת אחת) ושיטת הכוחות נאמרת בלתי מוגדרת סטטית.
דינאמי או קינטי
דינמיקה היא ענף מדעי הפיזיקה וחטיבת משנה של מכניקה השולטת בחקר התנועה של עצמים חומריים ביחס לגורמים הפיזיים שמשפיעים עליהם: כוח, מסה, דחף, אנרגיה.
קינטיקה היא ענף המכניקה הקלאסית המתייחס להשפעת כוחות וזוגות על תנועת גופים בעלי מסה.
מחברים המשתמשים במונח "קינטיקה" מיישמים דינמיקה על מכניקת הגוף הקלאסית. זאת בניגוד לסטטי המתייחס לגופים במנוחה, בתנאי שיווי משקל.
תיאור התנועה במונחים של תנועה, מהירות ותאוצה, כולל השפעה של כוחות, מומנטים והמונים.
מחברים שאינם משתמשים במונח קינטיקה מחלקים מכניקה קלאסית לקינמטיקה ודינמיקה, כולל סטטיסטיקות כמקרה מיוחד של דינמיקה שבה תוספת הכוחות וסכום הזוגות שווים לאפס.
אתה עשוי להתעניין בעשר דוגמאות לאנרגיה קינטית בחיי היומיום.
קינמטיקה
קינמטיקה היא ענף של פיזיקה וחטיבת משנה של המכניקה הקלאסית הקשורה לתנועה הגיאומטרית האפשרית של גוף או מערכת גופים מבלי לקחת בחשבון את הכוחות המעורבים, כלומר הגורמים והתופעות של התנועות.
הקינמטיקה שמה לה למטרה לספק תיאור של המיקום המרחבי של גופים או מערכות של חלקיקי חומר, את המהירות שבה החלקיקים נעים (מהירות), ואת הקצב בו המהירות שלהם משתנה (תאוצה).
כאשר לא לוקחים בחשבון כוחות סיבתיים, תיאורי תנועה אפשריים רק לחלקיקים שהגבילו תנועה, כלומר נעים במסלולי מסלול מסוימים. בתנועה בלתי מוגבלת או חופשית, כוחות קובעים את צורת הנתיב.
עבור חלקיק הנע לאורך נתיב ישר, רשימה של תנוחות וזמנים מתאימים תהווה סכמה מתאימה לתאר את תנועת החלקיק.
תיאור רציף ידרוש נוסחה מתמטית המבטאת את המיקום מבחינת זמן.
כאשר חלקיק נע על דרך מעוקלת, התיאור של מיקומו מסתבך ודורש שניים או שלושה ממדים.
במקרים כאלה, אין אפשרות לבצע תיאורים רציפים בצורת גרף בודד או נוסחה מתמטית.
ניתן לתאר את מיקומו של חלקיק הנע על מעגל על ידי רדיוס מסתובב של המעגל, כמו הדיבור של גלגל שקצה אחד קבוע במרכז המעגל והקצה השני המחובר לחלקיק.
רדיוס הסיבוב ידוע כקטור המיקום של החלקיק, ואם הזווית בינו לבין רדיוס קבוע ידועה כפונקציה של זמן, ניתן לחשב את גודל מהירות החלקיק ותאוצתו.
עם זאת, למהירות והתאוצה יש כיוון ועוצמה. המהירות היא תמיד משיק לנתיב, בעוד שלתאוצה שני מרכיבים, האחד משיק לנתיב והשני בניצב למנגר.
הפניות
- Beer, FP וג'ונסטון ג'וניור, ER (1992). סטטיסטיקה ומכניקה של חומרים. מקגרו היל בע"מ
- דוגאס, רנה. היסטוריה של מכניקה קלאסית. ניו יורק, ניו יורק: Dover Publications Inc., 1988, עמ '19.
- דייויד ל. גודשטיין. (2015). מֵכָנִיקָה. 04 באוגוסט 2017, מ- Encyclopædia Britannica, inc. אתר: britannica.com.
- עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2013). קינמטיקה. 04 באוגוסט 2017, מ- Encyclopædia Britannica, inc. אתר: britannica.com.
- עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2016). קינטיקה. 04 באוגוסט 2017, מ- Encyclopædia Britannica, inc. אתר: britannica.com.
- עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2014). סטטיסטיקות. 04 באוגוסט 2017, מ- Encyclopædia Britannica, inc. אתר: britannica.com.
- רנא, NC ויוג, מכניקה קלאסית של נ.ב. West Petal Nagar, ניו דלהי. טטה מקגרו-היל, 1991, עמ '6.