Curs de mecanică

1. INTRODUCERE

1.1 GENERALITĂŢI

Materia, mişcarea, spaţiul şi timpul fac parte din noţiunile cele mai generale ale cunoaşterii umane.

Materia este categoria filozofică care desemnează realitatea obiectivă, dată omului prin simţurile sale.

Prima modalitate de existenţă a materiei, sesizată de cunoaşterea umană este substanţa, aspectul ei cantitativ fiind masa. Substanţa are o structură discretă fiind constituită din particule (electroni, protoni, neutroni) care formează ansambluri relativ stabile, numite corpuri.

O altă formă de existenţă a materiei este câmpul fizic (gravitaţional, electromagnetic) conceput ca un mediu material continuu, aspectul cantitativ fiind caracterizat de intensitatea câmpului.

Mişcarea ca mod de existenţă a materiei cuprinde toate schimbările, transformările şi procesele care au loc în univers. Mişcarea este concepută în spaţiu şi timp care sunt forme fundamentale, universale şi obiective de existenţă a materiei.

Spaţiul este o reprezentare generalizată a dimensiunilor corpurilor şi a distanţelor dintre ele.

Timpul reprezintă imaginea generalizată a intervalelor dintre evenimente şi a duratei fenomenelor.

1.2 SCURT ISTORIC AL MECANICII

Ca ştiinţă, Mecanica apare odată cu acumularea şi generalizarea experienţei în epoca creerii primelor mijloace de producţie. În primul rând a apărut Statica, dezvoltarea ei fiind legată de arta construcţiilor încă din antichitate.

Arhitas din Tarent (430 – 365 î.H) filozof din şcoala lui Platon s-a ocupat de primele probleme teoretice ale mecanicii; atribuindu-i-se descoperirea scripetelui şi a şurubului.

Aristotel (384 – 322 î.H) a făcut multe observaţii juste asupra Staticii, îndeosebi asupra echilibrului, fiind preocupat de problema căderii verticale a corpurilor grele deşi a tratat-o metafizic, elaborând o teorie după care “corpul tinde spre locul său din natură”. Tot el este primul filozof care abordează problema relativităţii mişcării.

Arhimede (287 – 212 î.H), mare geometru şi mecanician, adevăratul întemeietor al Staticii rezolvă aproape toate problemele mecanicii care s-au pus în timpul său. În lucrările sale, “Despre pârghii”, “Cartea reazemelor” şi “Despre echilibrul suprafeţelor” dă teoria pârghiilor, rezolvă echilibrul sistemului format din două greutăţi suspendate pe o bară care se poate roti în jurul unui punct, elaborează regulile compunerii şi descompunerii forţelor paralele, dă definiţia centrului de greutate, stabileşte unele legi de bază ale hidrostaticii şi face referiri la ceea ce mult mai târziu va fi numit momentul forţelor.

În timpul Renaşterii, odată cu înflorirea artelor şi a celorlalte ştiinţe, Mecanica ia un avânt considerabil, făcându-se saltul de la Statică la Dinamică, studiul mişcării şi al forţelor fiind în prim plan.

Marelui învăţat şi artist Leonardo da Vinci (1452 – 1518) îi datorează Mecanica, multe dintre ideile originale şi îndrăzneţe care i-au trasat căile de dezvoltare în viitor. Leonardo da Vinci execută primele cercetări experimentale asupra căderii libere a unui corp greu, introduce noţiunea de moment sub denumirea de “momento” sau pârghie potenţială. La Leonardo da Vinci găsim unele indicaţii cu privire la principiul deplasărilor virtuale, legile echilibrului, egalitatea acţiunii cu reacţiunea, etc.; el studiază ciocnirile şi stabileşte unele reguli privitoare la frecare.

Evenimentul cel mai revoluţionar al acestei epoci îl constituie apariţia concepţiei lui N. Copernic (1473 – 1543) asupra sistemului heliocentric şi tot acum apar lucrările lui Johan Kepler (1571 – 1630) cu privire la mişcarea planetelor în jurul Soarelui – celebrele trei legi ale lui Kepler.

Întreaga epocă e dominată de lucrările lui Galileo Galilei (1564 – 1642), unul din cei mai mari învăţaţi ai epocii, luptător neînfricat împotriva învăţăturii geocentriste şi a scolasticii, descoperitor al multor legi de bază ale Mecanicii clasice. Galileo Galilei formulează noţiunile principale ale Cinematicii (viteza şi acceleraţia) şi stabileşte formula căderii corpurilor; introduce noţiunea de forţă ca agent mecanic şi emite ideea relativităţii mişcării. Se poate spune că istoria Dinamicii începe de la Galilei. El formulează legea inerţiei aproape sub forma în care este cunoscută astăzi, teoria mişcării corpului greu pe un plan înclinat, legile mişcării corpului lansat. Sub forma “regulii de aur” a Mecanicii, el arată că, în ceea ce priveşte maşinile mecanice, cât se câştigă în forţă, se pierde în viteză.

Cr. Huygens (1629 – 1695) a formulat sub o formă encipientă, noţiunile de acceleraţie centrifugă şi centripetă şi de moment de inerţie. A studiat mişcările oscilatorii, centrul de oscilaţie al pendulului fizic, ciocnirea corpurilor elastice.

Isaac Newton (1643 – 1727) în lucrarea sa fundamentală “Principiile matematice ale filozofiei naturale” a formulat cele trei principii fundamentale ale Mecanicii clasice pe a căror bază se pot studia mişcările tuturor corpurilor