- Hlavní odvětví mechaniky
- Statický
- Statické podmínky
- Dynamický nebo kinetický
- Kinematika
- Příklad kinematiky
- Reference
Mezi nejvíce vyvinuté a dobře známé větve mechaniky jsou statika, dynamika nebo kinetika a kinematika. Společně vytvářejí oblast vědy související s chováním tělesných entit v okamžiku, kdy jsou tlačeni mocnostmi nebo sesuvy půdy.
Podobně mechanika studuje důsledky tělesných entit v jejich prostředí. Vědecká disciplína má svůj původ ve starověkém Řecku spisy Aristoteles a Archimedes.
Během raného moderního období zavedli renomovaní vědci jako Isaac Newton a Galileo Galilei tzv. Klasickou mechaniku.
Je to větev klasické fyziky, která se zabývá atomy, které jsou imobilní nebo které se srážejí pomalu, při rychlostech evidentně nižších než je rychlost světla.
Historicky byla klasická mechanika na prvním místě, zatímco kvantová mechanika je relativně nedávný vynález.
Klasická mechanika vznikla podle pohybových zákonů Isaaca Newtona, zatímco kvantová mechanika byla objevena na počátku 20. století.
Důležitost mechaniky spočívá v tom, že ať už je to klasický nebo kvantový, představuje nejpřesnější znalosti o fyzické povaze a je považováno za model pro jiné takzvané exaktní vědy, jako je matematika, fyzika, chemie a biologie.
Hlavní odvětví mechaniky
Mechanici mají v moderním světě nesčetné množství využití. Její rozmanitost studijních oblastí ji vedla k diverzifikaci, aby zahrnovala porozumění různým tématům, která jsou základem jiných disciplín. Zde jsou hlavní odvětví mechaniky.
Statický
Statika ve fyzice je odvětví mechaniky, která se zabývá silami, které působí v nepohyblivých tělesných entitách v rovnovážných podmínkách.
Její základy byly založeny před více než 2 200 lety starořeckým matematikem Archimedesem a dalšími, zatímco studovali silové zesilovací vlastnosti jednoduchých strojů, jako je páka a hřídel.
Metody a výsledky vědy o statice se osvědčily zejména při navrhování budov, mostů a přehrad, jakož i jeřábů a jiných podobných mechanických zařízení.
Aby bylo možné vypočítat rozměry těchto konstrukcí a strojů, musí architekti a inženýři nejprve určit pravomoci, které se podílejí na jejich vzájemně propojených částech.
- Statika poskytuje analytické a grafické postupy potřebné k identifikaci a popisu těchto neznámých sil.
- Statika předpokládá, že těla, se kterými se zabývá, jsou dokonale rigidní.
- Rovněž zastává názor, že přidání všech sil působících na klidovou entitu musí být nulové a že nesmí existovat žádná tendence k tomu, aby síly rotovaly tělem kolem jakékoli osy.
Tyto tři podmínky jsou na sobě nezávislé a jejich vyjádření v matematické formě zahrnuje rovnice rovnováhy. Existují tři rovnice, takže lze vypočítat pouze tři neznámé síly.
Existují-li více než tři neznámé síly, znamená to, že ve struktuře nebo stroji je více součástí, které jsou potřebné pro nesení působících zatížení, nebo že existují více omezení, než je třeba k zabránění pohybu těla.
Takové zbytečné komponenty nebo omezení jsou označovány jako nadbytečné (např. Tabulka se čtyřmi rameny má jedno redundantní rameno) a metoda sil je označována jako staticky neurčitá.
Dynamický nebo kinetický
Dynamika je odvětví fyziky a rozdělení mechaniky, které dominuje studiu pohybu hmotných objektů ve vztahu k fyzikálním faktorům, které je ovlivňují: síla, hmotnost, impuls, energie.
Kinetika je odvětví klasické mechaniky, která se týká účinku sil a párů na pohyb těles, která mají hmotnost.
Autoři, kteří používají termín „kinetika“, aplikují dynamiku na klasickou mechaniku pohyblivého těla. To je v kontrastu se statikou, která se týká těles v klidu, za rovnovážných podmínek.
Do dynamiky nebo kinetiky je zahrnut popis pohybu z hlediska polohy, rychlosti a zrychlení, kromě vlivu sil, točivých momentů a hmot.
Autoři, kteří nepoužívají termín kinetika, dělí klasickou mechaniku na kinematiku a dynamiku, včetně statiky jako zvláštního případu dynamiky, v níž se sčítání sil a součet párů rovná nule.
Možná vás bude zajímat 10 příkladů kinetické energie v každodenním životě.
Kinematika
Kinematika je odvětví fyziky a rozdělení klasické mechaniky související s geometricky možným pohybem těla nebo soustavy těl, aniž by se braly v úvahu příslušné síly, tj. Příčiny a účinky pohybů.
Kinematika si klade za cíl poskytnout popis prostorové polohy těl nebo systémů hmotných částic, rychlosti, jakou se částice pohybují (rychlost), a rychlosti, jakou se mění jejich rychlost (zrychlení).
Pokud nejsou brány v úvahu příčinné síly, jsou popisy pohybu možné pouze pro částice, které mají omezený pohyb, to znamená, že se pohybují v určitých trajektoriích. Při neomezeném nebo volném pohybu síly určují tvar cesty.
Pro částici pohybující se po přímé cestě by seznam odpovídajících pozic a časů představoval vhodné schéma pro popis pohybu částice.
Nepřetržitý popis by vyžadoval matematický vzorec vyjadřující pozici z hlediska času.
Když se částice pohybuje po zakřivené dráze, je popis její polohy komplikovanější a vyžaduje dva nebo tři rozměry.
V takových případech není možné kontinuální popisy ve formě jediného grafu nebo matematického vzorce.
Poloha částice pohybující se po kruhu může být například popsána rotačním poloměrem kruhu, jako paprsek kola s jedním koncem upevněným ve středu kruhu a druhým koncem připojeným k částici.
Poloměr rotace je známý jako polohový vektor pro částici, a pokud je úhel mezi ním a pevným poloměrem znám jako funkce času, lze vypočítat velikost rychlosti a zrychlení částice.
Rychlost a zrychlení však mají směr a velikost. Rychlost je vždy tečná k cestě, zatímco zrychlení má dvě složky, jednu tečnou k cestě a druhou kolmou k tečné.
Reference
- Beer, FP & Johnston Jr, ER (1992). Statika a mechanika materiálů. McGraw-Hill, Inc.
- Dugas, Rene. Dějiny klasické mechaniky. New York, NY: Dover Publications Inc, 1988, str. 19.
- David L. Goodstein. (2015). Mechanika. 04.08.2017, od Encyclopædia Britannica, inc. Web: britannica.com.
- Editors of Encyclopædia Britannica. (2013). Kinematika. 04.08.2017, od Encyclopædia Britannica, inc. Web: britannica.com.
- Editors of Encyclopædia Britannica. (2016). Kinetika. 04.08.2017, od Encyclopædia Britannica, inc. Web: britannica.com.
- Editors of Encyclopædia Britannica. (2014). Statika. 04.08.2017, od Encyclopædia Britannica, inc. Web: britannica.com.
- Rana, NC a Joag, PS Klasická mechanika. West Petal Nagar, Nové Dillí. Tata McGraw-Hill, 1991, str. 6.