Extras din curs

2.1. OBIECTUL MECANICII.

Mecanica se ocupă cu studiul celei mai simple forme de mişcare şi anume schimbarea poziţiei sistemelor fizice în spaţiu şi timp. Dacă mişcarea corpurilor se face cu viteza v mult mai mică decât viteza luminii în vid c (v<<c=3.108 m/s), atunci ea poate fi studiată cu legile mecanicii newtoniene, ale cărei baze au fost puse de G. Galilei, care a evidenţiat aspectul experimental, şi de către I. Newton, care a formulat legile fundamentale ale dinamicii.

In cadrul mecanicii newtoniene când descriem mişcarea, fără a cerceta cauza mişcării, avem de-a face cu acea parte a mecanicii care se numeşte cinematica, iar când legăm mişcarea de forţele care o produc, avem de-a face cu dinamica; studiul condiţiilor în care corpurile sunt în echilibru sub acţiunea forţelor aplicate se face de către statică.

Fenomenele în care sistemele fizice se mişcă cu viteze mari (apropiate de viteza luminii) se explică prin mecanica relativistă elaborată de A. Einstein (1905), teorie care cuprinde mecanica clasică drept un caz particular.

Mecanica clasică nu poate explica fenomenele care se petrec la scară atomică, unde particulele capătă un pronunţat caracter ondulatoriu. Astfel a apărut mecanica ondulatorie, sau în forma ei cea mai generală, mecanica cuantică, ale cărei baze au fost puse începând cu 1924 de Louis de Broglie, E. Schrödinger, W. Heisenberg , W. Pauli, P. A. M. Dirac, ş.a.

Comportarea sistemelor de particule ca un tot, fără a ţine cont de ceea ce se petrece cu fiecare particulă în parte, se studiază cu ajutorul mecanicii statistice. Dacă acest studiu se face apelând la legile mecanicii clasice se obţine mecanica statistică clasică, iar dacă se utilizează legile mecanicii cuantice atunci avem de-a face cu mecanica statistică cuantică.

Dacă se au în vedere metodele de cercetare, mecanica se împarte în: mecanica experimentală şi mecanica teoretică, împreună formând mecanica fizică. Mecanica experimentală studiază toate fenomenele mecanice din punct de vedere experimental, în timp ce mecanica teoretică îmbracă într-o formă matematică legile mecanicii, observate experimental. Una din componentele mecanicii teoretice este mecanica analitică, care descrie comportarea mecanică a copurilor cu ajutorul unor ecuaţii, deduse dintr-o serie de principii mai generale.

2.2. ELEMENTE DE MECANICă NEWTONIANă.

2.2.1. Mişcarea şi sistemele de referenţă.

Mişcarea mecanică - cea mai simplă formă de mişcare, constă în schimbarea poziţiilor relative ale corpurilor în spaţiu şi timp. Atât spaţiul cât şi timpul au o serie de proprietăţi proprii. Un spaţiu este omogen când nici un punct al său nu este privilegiat faţă de alte puncte ale spaţiului. Spaţiul este izotrop când în diferitele sale puncte nu există direcţi privilegiate. De asemenea spunem despre timp că este uniform, atunci când legile de mişcare nu depind de alegerea originii timpului.

Intrucât mişcarea are loc în spaţiu şi timp, se pune problema localizării ei într-un anumit domeniu al spaţiului şi a determinării duratei acesteia. Pentru realizarea acestui lucru se foloseşte un sistem de referinţă, care reprezintă un ansamblu rigid de corpuri şi un ceasornic cu ajutorul cărora se poate determina poziţia şi durata fenomenului studiat.

Alegerea sistemului de referinţă se face în mod cu totul arbitrar, mişcarea unui corp faţă de diferite sisteme de referinţă decurgând diferit. Nu există un sistem de referinţă fix faţă de care să se studieze toate mişcările, deci mişcarea şi repausul au un caracter relativ. Alegerea sistemului de referinţă se face în aşa fel încât mişcarea corpurilor să apară cât mai simplă, ceea ce, evident, simplifică şi forma legii care o guvernează.

Dintre toate sistemele de referinţă o importanţă deosebită o reprezintă sistemele de referinţă inerţale numite şi referenţiale ineţiale. Prin definiţie, referenţiale în raport cu care este valabilă legea inerţiei se numesc referenţiale inerţiale. In aceste sisteme sunt valabile proprietăţile de omogenitate şi de uniformitate a timpului. Orice sistem de referinţă care se mişcă rectiliniu şi uniform faţă de un sistem inerţial (sistem neaccelerat şi fără rotaţie) este şi el un sistem inerţial, echivalent cu primul. Numărul referenţialelor inerţiale este deci nelimitat şi sunt toate echivalente între ele. Observatorii din diferite sisteme pot obţine diferite valori numerice pentru mărimile fizice măsurate, dar relaţiile dintre mărimile măsurate, adică legile fizicii, vor fi aceleaşi pentru toţi observatorii.

Unui sistem de referinţă trebuie să i se ataşeze un sistem de coordonate astfel încât ecuaţiile de mişcare să aibă forme cât mai simple. In mecanică se utilizează cu precădere sistemele de coordonate carteziene (rectangulare), sferice, cilindrice şi polare.

PROBLEMA 2.1.

Reprezintă Pământul un sistem de referinţă inerţial?

REZOLVARE.

Pentru a putea răspunde la această întrebare considerăm un sistem legat de Pământ (de ex: un laborator). Datorită rotaţiei Pământului în jurul axei sale, sistemul suferă o acceleraţie centripetă care depinde de poziţia sa pe suprafaţa Pământului, valoarea maximă fiind la ecuator, unde:

a=ω2Rp=(7,3.10-5)2.(6,4.106)0,034 m/s2

Un calcul asemănător arată că acceleraţia Pământului în jurul Soarelui este aproximativ a=0,006 m/s2.

Pe baza celor arătate se poate afirma că Pământul nu este un sistem inerţial, fiind un corp accelerat, dar datorită valorilor mici ale acestor acceleraţii, în multe cazuri Pământul constituie o foarte bună aproximaţie a unui sistem inerţial.

2.2.2. Mişcarea punctului material.