mehanika

mehanika (kasnolat. mechanica: strojarstvo < grč. μηχανιϰὴ [τέχνη]: umijeće strojogradnje, od μηχανιϰός: domišljat).

1. Grana fizike koja proučava međudjelovanje sile i tvari. Najvažnije veličine su sila i masa, najvažniji zakoni Newtonovi zakoni gibanja i zakoni očuvanja energije, količine gibanja i kutne količine gibanja koji vrijede u zatvorenim mehaničkim fizikalnim sustavima. Mehaničke analize izvode se na idealiziranim fizikalnim modelima tijela, npr. na materijalnoj točki i krutome tijelu.

Obično se pretpostavlja da tvar jednoliko ispunjava cijeli volumen tijela i da se fizikalna svojstva tijela ne mijenjaju, da je prostor u kojem se tijelo giba homogen (ne razlikuje se od točke do točke) i izotropan (svi smjerovi su ravnopravni). U klasičnoj mehanici vrijeme teče jednoliko i jednako za sva gibanja, a računa se u odnosu na neki proizvoljno odabrani događaj kojemu se pridružuje početno vrijeme t = 0. Za opisivanje gibanja važni su vremenski intervali Δt = t2 – t1.

Podjela mehanike

Mehanika se može podijeliti prema načinu proučavanja gibanja tijela i prema vrsti sustava koji se proučava. Najjednostavniji mehanički sustav je čestica ili materijalna točka, složeniji sustavi su kruto tijelo, čvrsto tijelo, fluid i dr.

Mehanika krutih tijela bavi se proučavanjem gibanja i ravnoteže tijela kod kojih se relativni položaj točaka tijela ne mijenja. Često je dovoljno proučavati samo gibanje težišta, što se onda svodi na mehaniku materijalne točke.

Kinematika se bavi geometrijom gibanja tijela bez obzira na uzroke gibanja; postavlja vezu među elementima gibanja (putanja, brzina, ubrzanje itd.) te proučava posebnosti različitih vrsta gibanja (translacija, rotacija, sferno gibanje i sl.).

Dinamika se bavi djelovanjem sila na tijelo kao uzrokom gibanja; postavlja jednadžbe gibanja i opće zakone dinamike, kao što su zakon očuvanja energije, zakon očuvanja količine gibanja, zakon očuvanja kutne količine gibanja i sl.

Statika proučava ravnotežu tijela i postavlja uvjete za sile kako bi se ta ravnoteža uspostavila.

Mehanika čvrstih tijela proučava promjene oblika (pomaci, deformacije) i unutrašnje sile (naprezanja) čvrstih tijela, koja mogu biti elastična, plastična, visokoelastična i sl.

Hidromehanika proučava zakone ravnoteže i strujanja fluida.

Aeromehanika proučava zakonitosti ravnoteže i gibanja zraka i predmeta u zraku.

Primijenjena ili tehnička mehanika primijenjuje se u građevinarstvu, strojarstvu, gradnji brodova, zrakoplova itd.

Nebeska mehanika opisuje gibanja nebeskih tijela poput zvijezda, planeta i satelita te može s velikom točnošću predvidjeti njihove položaje tisućama godina unaprijed.

Statistička mehanika s pomoću statističkih metoda i teorije vjerojatnosti proučava fizikalne sustave koji imaju veliki broj stupnjeva slobode.

Teorija relativnosti polazi od pretpostavke da masa tijela ovisi o brzini kojom se tijelo giba, odn. da postoji ekvivalencija između mase i energije (E = mc²), tj. da su masa i energija samo dva oblika u kojima se pojavljuje materija. Einsteinova teorija relativnosti našla je eksperimentalnu potvrdu i u makrosvijetu, a posebno u mikrosvijetu.

Kvantna mehanika proučava gibanje mikročestica, a polazi od Planckove spoznaje prema kojoj se energija prenosi samo u konačnim količinama, tj. kvantima.

Povijest mehanike

Arhimed je proučavao ravnotežu na poluzi i zakone hidrostatike (Arhimedov zakon). Heron Aleksandrijski i Pap Aleksandrijski koristili su se zakonima mehanike za konstrukciju različitih mehanizama. Leonardo da Vinci proučavao je tehničke konstrukcije i mehaničke sprave. Razvoj mehanike kao znanosti počeo je u XVII. stoljeću istraživanjima i radovima Galilea Galileija, Johann(es)a Keplera, Christiaana Huygensa i Isaaca Newtona. Galilei je prvi jasno izrekao zakone gibanja, uočio načelo relativnosti, shvatio da postoji inercija tijela, postavio zakon gibanja njihala. Kepler je postavio zakone gibanja planeta po njihovim putanjama (→ keplerovi zakoni), koji općenito vrijede i za ostala centralna gibanja. Huygens je proučavao centrifugalnu silu, dinamiku složenog njihala, elastični i neelastični sraz kugala; prvi je spoznao da postoji zakon očuvanja energije (u mehanici). Newton je u svojem djelu Matematički principi filozofije prirode (1687) dao sintezu svih dotadašnjih spoznaja u području mehanike. Uveo je pojam mase i s pomoću triju aksioma, koji su nazvani Newtonovi zakoni izgradio cijelu mehaniku. Općim zakonom gravitacije postavio je temelje nebeskemehanike i omogućio izvanredan uspjeh u točnom predviđanju gibanja Mjeseca, Zemlje i drugih nebeskih tijela, što je potaknulo sustavani razvoj znanosti. Njegovim djelom započela je era teorijske mehanike. Jean Baptiste le Rond d’Alembert omogućava da se dodavanjem virtualne sile zakoni dinamike svedu na zakone statike (→ d’alembertovo načelo). Louis Poinsot bavio se teorijom rotacijskoga gibanja krutoga tijela. Za razvoj mehanike čvrstih tijela ključna su istraživanja Roberta Hookea, koji je proučavao elastična svojstva materijala, i Thomasa Younga, koji je matematički formulirao Hookeov zakon i uveo pojam modula elastičnosti.

Klasična mehanika usavršila se djelima Josepha Louisa de Lagrangea i Williama Rowana Hamiltona. Bitna nadgradnja Newtonove mehanike počela je početkom XX. stoljeća, i to u dva smjera: Einsteinovom teorijom relativnosti (1905) i Planckovim otkrićem elementarnoga kvanta energije (1900). U okviru moderne fizike klasična mehanika može se shvatiti kao aproksimacija zakona kvantne mehanike (kad vrijednosti energije nisu usporedive s Planckovom konstantom) i teorije relativnosti (kad su brzine puno manje od brzine svjetlosti).

2. Naprave, sustavi ili njihovi dijelovi, kod kojih se glavni učinak (npr. prijenos energije) postiže gibanjem ili djelovanjem jednog ili više pokretnih elemenata (poluga, zupčanika, sječiva), a također i djelatnost koja se bavi proučavanjem, konstruiranjem, proizvodnjom i održavanjem tih naprava i sustava (npr. precizna ili fina mehanika, automehanika, elektromehanika).

mehanika. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 20.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=39893>.