Μηχανική

Η Μηχανική αποτελεί ευρύ κλάδο της Φυσικής που ασχολείται με την συμπεριφορά των φυσικών σωμάτων, καθώς και με τα αποτελέσματα που προκαλούν δυνάμεις όταν και όσο ασκούνται σ΄ αυτά.

Σημασία

Η μηχανική ήταν ο πρώτος κλάδος της φυσικής. Αποτελεί μία μεγάλη πηγή γνώσης για τον φυσικό κόσμο.

Επίσης αποτελεί κεντρικό μέρος της Τεχνολογίας. Δηλαδή: Πώς να εφαρμόσουμε αυτή τη γνώση για ανθρώπινα χρήσιμους σκοπούς. Με αυτή τη λογική ο κλάδος είναι συχνά γνωστός σαν Εφαρμοσμένη μηχανική της φυσικής (διαφέρει από την Εφαρμοσμένη μηχανική που αφορά διάφορους κλαδους όχι άμεσης σχέσης με τη Φυσική όπως Χημική μηχανική).

Κλασσική έναντι Κβαντικής

Ο κλάδος της μηχανικής χωρίζεται κυρίως στην Κλασσική μηχανική και την Κβαντική Μηχανική.

Ιστορικά, η κλασική μηχανική υπήρξε πρώτη ενώ οι κβαντομηχανική είναι σχετικά πρόσφατη ανακάλυψη. Η κλασική μηχανική είναι παλιότερη απ' την γραπτή ιστορία, ενώ η κβαντομηχανική δεν υπήρχε πριν το 1900. Και οι δύο θεωρούνται ότι αποτελούν την πιο ασφαλή γνώση που υπάρχει για τον φυσικό κόσμο.

H κβαντική μηχανική είναι, τουλάχιστον επίσημα, ευρύτερου πεδίου και μπορεί να φανεί ότι εμπεριέχει την κλασική μηχανική σαν ένα υποτομέα που εφαρμόζεται υπό περιορισμένες συνθήκες. Αν η σχετική επιστήμη ερμηνευτεί σωστά, δεν υπάρχει αντίθεση ή σύγκρουση μεταξύ των δύο εννοιών με την κάθε μια να αναφέρεται σε συγκεκριμένες καταστάσεις. Ενώ είναι αλήθεια ότι ιστορικά η κβαντική μηχανική έχει φανεί σαν να ξεπέρασε την κλασική, αυτό αληθεύει μόνο στο υποθετικό ή θεμελιώδες επίπεδο της φυσικής. Για πρακτικά προβλήματα η κλασική μηχανική είναι ικανή να λύσει προβλήματα που είναι ακατόρθωτα δύσκολα στην κβαντομηχανική και συνεπώς παραμένει χρήσιμη και συχνά εφαρμοζόμενη.

Αϊνστάιν έναντι Νεύτωνα

Ανάλογα με το θέμα «κλασική εναντίον κβαντικής» , οι θεωρίες της ειδικής και γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν έχουν επεκτείνει το πεδίο της μηχανικής πέρα από την μηχανική του Νεύτωνα και του Γαλιλαίου και έκαναν μικροδιορθώσεις σε αυτές. Σχετικιστικές διορθώσεις χρειάζονταν επίσης καί για την κβαντομηχανική, αν και η σχετικότητα κατηγοριοποιείται σαν κλασική θεωρία.

Δεν υπάρχουν αντιφάσεις ή συγκρούσεις μεταξύ των δύο, εφ' όσον λαμβάνονται προσεκτικά υπόψη οι συγκεκριμένες περιστάσεις. Ακριβώς όπως κάποιος θα μπορούσε, υπό τη χαλαρότερη πιθανή έννοια, να χαρακτηρίσει την κλασική μηχανική ότι εξετάζει τα "μεγάλα" σώματα (όπως μέρη μηχανών), και οι κβαντικοί μηχανικοί με "μικρά" (όπως τα σωματίδια), θα μπορούσε να ειπωθεί ότι ο σχετικιστική μηχανική εξετάζει τα "γρήγορα" σώματα, και ή μη-σχετιστικές μηχανικές τα "αργά". Παρόλα αυτά, "γρήγορος" και "αργός" είναι σχετικές έννοιες που εξαρτώνται με την κατάσταση της κίνησης του παρατηρητή. Αυτό σημαίνει ότι όλες οι «μηχανικές», είτε κλασικές είτε κβαντικές, πρέπει πιθανών να περιγραφούν σχετιστικά. Αφ' ετέρου, ως παρατηρητής, κάποιος μπορεί συχνά να δημιουργήσει την κατάσταση κατά τέτοιο τρόπο ώστε κάτι τέτοιο να μην απαιτείται.

Τύποι μηχανικών σωμάτων

Συνεπώς στη μηχανική ο πολυ-χρησιμοποιημένος όρος σώμα πρέπει να αντιπροσωπεύει μια ευρεία ποικιλία αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένων των σωματιδίων, των βλημάτων, των διαστημικών σκαφών, των αστεριών, των μερών των μηχανών, μέρη στερεών, μέρη ρευστών (αέρια και υγρά) κλπ.

Άλλες διακρίσεις μεταξύ διαφόρων υποκατηγοριών της μηχανικής, αφορούν τη φύση των σωμάτων που περιγράφονται. Τα σωματίδια είναι σώματα με μικρή (γνωστή) εσωτερική δομή, που αντιμετωπίζονται ως μαθηματικά σημεία στην κλασική μηχανική. Τα άκαμπτα σώματα έχουν μέγεθος και σχήμα, αλλά διατηρούν μια απλότητα κοντά σε αυτή του σωματιδίου, προσθέτοντας απλά μερικούς αποκαλούμενους βαθμούς ελευθερίας, όπως ο προσανατολισμός στο διάστημα.

Διαφορετικά, τα σώματα μπορεί να είναι ημισυμπαγή, δηλ. ελαστικά, ή μη-στερεά, δηλ. ρευστά. Αυτά τα θέματα έχουν και κλασσικά και κβαντικά τμήματα μελέτης.

Παραδείγματος χάριν: Η κίνηση ενός διαστημικού σκάφους, σχετικά με την τροχιά και την τοποθέτησή της (περιστροφή), περιγράφεται από τη σχετικιστική θεωρία της κλασσικής μηχανικής. Ενώ οι ανάλογες κινήσεις ενός ατομικού πυρήνα περιγράφονται από την κβαντική μηχανική.

Υποκατηγορίες της μηχανικής

Ακολουθούν δύο κατάλογοι διάφορων θεμάτων που μελετώνται στον κλάδο της μηχανικής

Σημειώστε ότι υπάρχει επίσης η "θεωρία των πεδίων" που αποτελεί έναν ξεχωριστό τομέα στη φυσική, και αντιμετωπίζεται επισήμως ξεχωριστά από τη μηχανική, είτε για κλασικά πεδία είτε κβαντικά. Αλλά στην πράξη, τα θέματα που ανήκουν στη μηχανική και τους τομείς της αναμειγνύονται. Κατά συνέπεια, παραδείγματος χάριν, δυνάμεις που δρουν στα σωματίδια προέρχονται συχνά από πεδία (ηλεκτρομαγνητικά ή βαρύτητικά), και τα σωματίδια παράγουν πεδία δρώντας ως πηγές. Στην πραγματικότητα, στην κβαντική μηχανική, τα ίδια τα σωματίδια είναι πεδία, όπως περιγράφεται θεωρητικά από τη λειτουργία των κυμάτων της κβαντομηχανικής.