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Mechanica
Für die Hilfsmotormarke namens Mechanics siehe Sinamec.

Das Mechanik ist der Teil der Physik das beschäftigt sich mit Balance und Bewegung von Gegenständen unter dem Einfluss der Kräfte die daran arbeiten. Es besteht aus mehreren Teilen, die in verschiedenen Situationen anwendbar sind:

Geschichte

Antike

Im alten Griechenland war die Mechanik Teil der Philosophie und wurde daher von Philosophen wie Archimedes und Aristoteles. Letztere gingen davon aus, dass der "natürliche" Zustand aller Gegenstände ein Zustand der Ruhe sei. Die Bewegung der Himmelskörper, die nie stillstanden und annahmen, von einer unbekannten Kraft an Himmelsgloben befestigt zu sein, die sich um die Erde drehen; diese Weltanschauung ist bekannt als die von Ptolemäus wenn es geozentrischWeltanschauung.

Galileo, Kepler, Huygens und Hooke

Galileo Galileo

In dem 16. und 17. Jahrhundert im Wesentlichen die Experimente von Galileo Galileo in eine andere Richtung als die griechische Physik. Er war der erste, der systematisch Schwere untersucht und festgestellt, dass alle Objekte das gleiche Schwerkraftbeschleunigung Erfahrung.

Im 1609 und 1619 formuliert Johannes Kepler sind drei Gesetze über die Bewegung der Planeten um die Sonne. Dies war ein wichtiger Schritt nach vorn für die heliozentrisch Theorie von Kopernikus. Kepler erklärte jedoch nicht, warum sich die Planeten auf elliptischen Bahnen bewegten.

Christian Huygens war der erste, der das richtige gefunden hat Kollisionsgesetze, wahr Descartes Hat versagt. Huygens entdeckte auch mit seinem Zentripetalkraft die Mechanik der krummlinigen Bewegung und kannte die Pendel richtig zu beschreiben.

1660 entdeckt Robert Hooke sein Gesetz über Federn, jetzt bekannt als das Hookes Gesetz, die besagt, dass die von einer Feder ausgeübte Kraft proportional zur Strecke ist, die sie zusammengedrückt oder gedehnt hat. Er schlug auch vor Ismael Bullialdus ein inverses quadratisches Gesetz die Bewegung der Planeten zu erklären, konnte aber nicht beweisen, dass ein solches Gesetz elliptische Bahnen verursacht.

Newton

Isaac Newton

Das Aussehen der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie, meist Prinzip genannt) von Isaac Newton im 1687 einen großen Fortschritt für die gesamte Physik darstellte. In dieser Arbeit führte Newton die Grundgesetze der Mechanik ein, die drei Newtonsche Gesetze. Er führte auch von der Keplers Gesetze der universelle Gravitationsgesetz aus, wer sagt die Macht f durch die sich zwei Objekte anziehen, ist direkt proportional zu ihrer Masse ich1 und ich2 beider Objekte und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung r zwischen den Objekten. In Formelform lautet dieses Gesetz , mit G das Gravitationskonstante. Diese Konstante wurde in 1783 durch Henry Cavendish erstmals genau bestimmt. Die Formulierung des universellen Gravitationsgesetzes bedeutete a Vereinigung zwischen den Gesetzen der Mechanik auf der Erde und denen im Rest des Universums.

Lagrange und Hamilton

Joseph-Louis Lagrange veröffentlicht in 1788 sein Buch Mechanique analytique. Dieses Buch enthielt alle seit Newton entwickelten Mechaniken und war auch das erste Mechanikbuch ohne Illustrationen. Darin stellte er es vor Lagrange-Formalismus, in der die Mechanik durch eine Funktion beschrieben wird, die Lagrange, die von sogenannten verallgemeinerten Koordinaten und Geschwindigkeiten abhängt. Das Verhalten des Systems kann dann durch Lösen eines Systems bestimmt werden Differentialgleichung.

Im 1834 eingeführt William Rowan Hamilton ein anderer Formalismus, der Hamilton-Formalismus, die verallgemeinerte Koordinaten verwendet und Impulse. Die hier entwickelten Ideen erwiesen sich später als von großer Bedeutung für die Entwicklung der Quantenmechanik.

Maxwell und Einstein

Nach der Formulierung der Gesetze des Elektromagnetismus durch James Clerk Maxwell in den 60er Jahren 19. Jahrhundert eine Reihe von Physikern begannen sich Sorgen über die Schwierigkeiten bei der Anwendung dieser Gesetze auf verschiedene Koordinatensysteme zu machen. Eines dieser Probleme war, dass ein Beobachter, der sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie a . bewegt, Lichtstrahl, das licht wie ein still Golf sehen würde, ein Phänomen, das nach den Maxwellschen Gesetzen unmöglich ist. Auch auf experimenteller Seite traten Probleme auf: Die Michelson- und Morley-Experiment gezeigt in 1887 wies darauf hin, dass sich Licht nicht, wie bisher angenommen, in a ausbreitet Äther, aber seine Geschwindigkeit war unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters. Basierend auf diesen Ergebnissen unter anderem: poincare und Lorentz vorgeschlagene Anpassungen an die klassische Mechanik.

Albert Einstein

Im 1905 veröffentlicht Albert Einstein das spezielle Relativitätstheorie, die auf dem Prinzip beruhte, dass die Naturgesetze in allen Inertialrahmen sollte die gleiche Form haben. Diese Theorie basiert auf einem vierdimensionalen Freizeit, Minkowski-Raum in denen Raum und Zeit in gewissem Sinne äquivalent sind. Es impliziert Phänomene wie Längenkontraktion, Zeitdilatation und Massengewinn bei Geschwindigkeiten, die Lichtgeschwindigkeit, c, nähern Sie sich der von der Natur erlaubten Höchstgeschwindigkeit sowie der legendär gewordenen Formel E=mc2.


Da die spezielle Relativitätstheorie nur in Situationen galt, in denen die Schwerkraft nicht vorhanden war, widmete sich Einstein ab 1905 der generelle Relativität, die er in 1915 in seiner endgültigen Form veröffentlicht. Darin erweiterte Einstein das Relativitätsprinzip um das sogenannte Äquivalenzprinzip: Gravitation ist lokal nicht von einer beschleunigten Bewegung zu unterscheiden. Die aus dieser Theorie resultierende Mechanik ist mathematisch viel komplizierter als die der klassischen Mechanik und der speziellen Relativitätstheorie. Dies liegt daran, dass die Raumzeit in der Allgemeinen Relativitätstheorie gekrümmt ist und häufig von Tensoren.

Quantenmechanik

Niels Bohr

Neben der makroskopischen Dimension der Relativitätstheorie wurde die Mechanik auch stark von den Quantenmechanik, die ab 1900 unter anderem von Planck, Bohr, Schrödinger, Paul Dirac und Heisenberg. Auch auf diesem Gebiet leistete Einstein Pionierarbeit, konnte sich aber mit den Konsequenzen für sein deterministisches Weltbild nicht abfinden. In der Quantenmechanik besitzt ein physikalisches System nicht gleichzeitig exakt bestimmbare Werte aller physikalischen Größen. Darüber hinaus wird der Zustand eines physikalischen Systems zwangsläufig durch eine daran vorgenommene Messung beeinflusst. Ein physikalisches System wird beschrieben durch a Wellenfunktion, aus der die Wahrscheinlichkeit abgeleitet werden kann, dass ein bestimmter Wert einer physikalischen Größe gemessen wird. Andere physikalische Größen, die nicht "pendeln" mit der Messgröße, sind nach der Messung völlig unbestimmt. Die Wellenfunktion entwickelt sich mit der Zeit nach dem sogenannten Schrödinger-Gleichung. In der Quantenmechanik ist es nicht mehr die Kraft, sondern die Potenzial die fundamentale Größe, die die Entwicklung der Wellenfunktion beeinflusst, eine Größe, die bereits in der klassischen Mechanik eine wichtige Rolle spielte.

Momentane Situation

Eine Theorie, die sowohl die Allgemeine Relativitätstheorie als auch die Quantenmechanik einbezieht, ist bisher nicht gefunden worden, so dass von „den“ Gesetzen der Mechanik keine Rede ist. Es hängt also ganz von der Situation ab, aus welcher Sicht ein mechanisches Problem gelöst werden kann. Im Großen und Ganzen gilt die klassische Mechanik für „alltägliche“ Situationen, die spezielle Relativitätstheorie bei sehr hohen Geschwindigkeiten (mehr als 10 % der Lichtgeschwindigkeit), Allgemeine Relativitätstheorie bei starken Gravitationsfeldern (wie in Schwarzen Löchern im Gaten Kosmologie) und Quantenmechanik auf atomarer und subatomarer Skala.

Bereiche

Klassische Mechanik

Das Newtonsche Gesetze sind die Grundlage für die klassische Mechanik. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war dieser Zweig der Mechanik auf fast alle beobachtbaren und messbaren Situationen anwendbar.

Diese Gesetze können unterteilt werden in die Statik (Newtons erstes und drittes Gesetz) und die Dynamik (zweite). Die Statik bezieht sich auf Körper, die in Balance und erfahren daher keine Beschleunigung. In der Dynamik gibt es kein Gleichgewicht und der Körper erfährt durch die resultierenden Kräfte eine Beschleunigung.

Relativitätstheorie

Mit dem Relativitätstheorie ist im Allgemeinen die spezielle Relativitätstheorie und der generelle Relativität beabsichtigt von bedacht Einstein, aber in Wirklichkeit beschreibt die Relativität die Mechanik, die nicht davon ausgeht, dass die Gesetze der Mechanik von der relativen Geschwindigkeit eines Beobachters in Bezug auf andere Beobachter abhängen.

Quantenmechanik

Ein weiterer Bereich der Mechanik ist die Quantenmechanik, das das Verhalten von . zeigt Angelegenheit auf sehr kleinen Entfernungsskalen.

Elektromechanik

Elektromechanik ist die Kombination aus Mechanik und Elektrotechnik.

Mathematische Beschreibung

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