Mecanică clasică - capitolul 1

1.1. Introducere

Mecanica clasică este ştiinţa care se ocupă cu studiul celei mai simple forme de mişcare a corputilor, mişcarea mecanică.

Mişcarea mecanică constă în deplasarea reciprocă a corpurilor, sau a părţilor lor constituiente, în spaţiu şi în timp. Se numesc corpuri sistemele macroscopice alcătuite dintr-un număr mare de molecule sau atomi ale căror dimensiuni sunt mult mai mari decât distanţele intermoleculare.

În mecanica clasică sunt studiate mişcările corpurilor ale căror viteze sunt mult mai mici decât viteza luminii în vid. Studiul mişcării corpurilor ale căror viteze sunt comparabile cu viteza luminii în vid constituie obiectul mecanicii relativiste, bazată pe teoria relativităţii.

Mecanica clasică este prima ştiinţă care s-a constituit într-un corp independent de cunoştinţe organizate logic, datorită în special lucrărilor lui Galileo Galilei şi a lui Isaac Newton. Luând ca model de construcţie a unei teorii ştiinţifice “Elementele” lui Euclid, I. Newton a realizat o primă axiomizare a mecanicii în lucrarea sa fundamentală “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” (1687). Aceasta a impresionat extraordinar pe contemporani şi a influenţat decisiv dezvoltarea ulterioară a ştiinţei.

Problemele referitoare la structura internă a corpurilor nu intră în cadrul mecanicii clasice, ele făcând obiectul altor părţi ale fizicii.

În mecanica clasică se utilizează trei modele fizice care aproximează satisfăcător realitatea: punctul material, sistemul de puncte materiale şi solidul rigid.

Punctul material este corpul ale cărui formă şi dimensiuni sunt neglijabile în cursul mişcării.

De exemplu, în studiul mişcării planetelor în jurul Soarelui, acestea se consideră ca puncte materiale, deoarece dimensiunile lor sunt mult mai mici în comparaţie cu distanţa până la Soare.

Se numeşte sistem de puncte materiale (sistem mecanic de corpuri) un ansamblu izolat de puncte sau corpuri, care sunt în interacţiune atât între ele cât şi cu alte corpuri ce nu intră în sistem.

Solidul rigid este un corp ale cărui puncte se găsesc, două câte două, la distanţe fixe unul de celălalt. Cu alte cuvinte, dimensiunile şi forma solidului perfect nu se modifică în timpul mişcării. Adesea, se consideră solidul perfect ca un sistem de puncte materiale legate rigid unul de celalalt.

Mecanica clasică cuprinde trei părţi principale: statica, cinematica şi dinamica.

Statica studiază legile de compunere a forţelor, precum şi condiţiile de echilibru ale corpurilor.

Cinematica studiază mişcarea mecanică a corpurilor fără a ţine seama de natura interacţiunilor care o determină.

Dinamica reprezintă studiul influenţei interacţiunilor dintre corpuri asupra mişcării efectuate de acestea.

1.2. Conceptele fundamentale ale mecanicii

Formularea logică a mecanicii, ca a oricărei alte discipline ştiinţifice, trebuie începută prin definirea noţiunilor fundamentale care stau la baza acesteia. Acest lucru a fost realizat pentru prima oară de către Newton în 1687, în cartea sa fundamentală “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”. În capitolul I el îşi expune concepţiile asupra spaţiului, timpului şi a mişcării.

Deşi lui Newton îi era clar că percepţiei noastre îi sunt accesibile numai poziţiile relative ale corpurilor unele faţă de altele, el a cosiderat totuşi că existenţa inerţiei şi a forţei centrifuge de inerţie justifică ideea existenţei unui spaţiu absolut şi a unui reper imobil.

Deci, în concepţia newtoniană, există un spaţiu absolut, real şi imobil, independent de lucrurile exterioare. De asemenea, el consideră existenţa unui timp absolut, independent de corpurile materiale. Timpul se scurge la fel în întreg universul, aşadar este universal, iar două evenimente simultane pentru un observator, vor fi simultane pentru oricare alt observator.