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. Η πρακτική απόδοση της μηχανικής είναι η εφαρμοσμένη μηχανική.
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 σκοπούς χρήσιμους στον άνθρωπο. Με αυτή τη λογική ο κλάδος είναι συχνά γνωστός ως εφαρμοσμένη μηχανική.
Κλασική έναντι Κβαντικής
Ο κλάδος της μηχανικής χωρίζεται κυρίως στην κλασική 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 θεωρείται 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 έναν 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 υπερέβη 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 στην κβαντομηχανική. 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 και 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 πει πως η κλασική μηχανική εξετάζει τα «μεγάλα» σώματα (όπως μέρη μηχανών), ενώ η κβαντική μηχανική «μικρά» (όπως τα σωματίδια), θα μπορούσε να ειπωθεί επίσης ότι ο σχετικιστική μηχανική εξετάζει τα «γρήγορα» σώματα και οι 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 πιθανόν να περιγραφούν σχετιστικά. Αφετέρου, 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 κλασικά 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 κλασικής 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 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.
Κλασική μηχανική
Οι εξής τομείς διαμορφώνουν την κλασική μηχανική:
Νευτώνεια μηχανική, η αυθεντική θεωρία της κίνησης (κινηματική) και δυνάμεις (δυναμική)
Λαγκραντζιανή μηχανική, ένας θεωρητικός φορμαλισμός
Χαμιλτόνια μηχανική, ένας ακόμα θεωρητικός φορμαλισμός
Ουράνια μηχανική, οι κινήσεις των αστέρων, γαλαξιών, κλπ
Αστροδυναμική, έλεγχος διαστημικών σκαφών κλπ
Μηχανική στερεών, ελαστικότητα, οι ιδιότητες (ημι-)στερεών σωμάτων
Μηχανική των ρευστών ή Ρευστομηχανική, συμπεριφορά κινουμένων υγρών και αερίων.
Ακουστική, ήχος σε στερεά, υγρά, κλπ
Στατική, ημι-στερεά σώματα σε μηχανική ισορροπία.
Υδρομηχανική, η κίνηση των υγρών
Μηχανική συνεχούς μέσου, μηχανική του συνεχούς μέσου (στερεά και ρευστά)
Υδραυλική, υγρά σε ισορροπία
Εφαρμοσμένη μηχανική (φυσική)
Τεχνική μηχανική
Εμβιομηχανική, στερεά, υγρά, κλπ στην βιολογία
Σχετικιστική μηχανική
Κβαντική μηχανική
Οι εξής τομείς κατηγοριοποιούνται στην κβαντική μηχανική:
Σωματιδιακή φυσική, η κίνηση, κατασκευή και αντιδράσεις των σωματιδίων
Πυρηνική φυσική, η κίνηση, κατασκευή και αντιδράσεις των πυρήνων
Φυσική των συμπυκνωμένων υλικών, κβαντικά αέρια, στερεά, υγρά, κτλ
Κβαντική στατιστική μηχανική, μεγάλες συγκεντρώσεις σωματιδίων
Δείτε επίσης
Εφαρμοσμένη μηχανική
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
