ما هو المقصود بعلم الميكانيكا وما هي فروعه؟

1 إجابة واحدة

أسسَ بعض العُلماء المشهورين مثل إسحاق، ونيوتن، وجاليليو ما يُعرف الآن بالميكانيكا الكلاسيكيّة، الّذي هو فرع من فروع الفيزياء الكلاسيكيّة الّتي تتعامل مع الذرات غير المتحركة، أو التي تترسب ببطء بسرعات أقل من سرعة الضوء، وتاريخيّاً جاءت الميكانيكا الكلاسيكيّة أولاً؛ في حين تُعتبر ميكانيكا الكم اختراع حديث نسبيّاً؛ حيث اُكتشفت في بداية القرن العشرين.

الفروع الرئيسيّة للميكانيك:

1. علم السكون (الستاتيك): وهو فرع الميكانيك الذي يقوم بدراسة القوى الّتي تؤثر على الأجسام غير المتحركة (الساكنة) في ظل ظروف التوازن، وقد أسسها عالم الرياضيات اليوناني القديم أرخميدس وآخرون قبل أكثر من 2200 عام، أثناء دراسة خصائص التّضخيم لقوى الآلة البسيطة مثل الرّافعة والعمود.

لقد أثبتت طرق ونتائج العلوم الساكنة أنها مفيدة بشكل خاص في تصميم المباني والجسور والسدود، وكذلك الرّافعات والأجهزة الميكانيكيّة المماثلة الأخرى.

يوفر الستاتيك (Static) الإجراءات التحليليّة، والرسوم البيانية اللّازمة لتحديد ووصف هذه القوى غير المعروفة، كما يفرض أنّ مجموع القوى المؤثرة على الجسم الساكن يجب أن تكون مساوية للصفر؛ ويجب ألا يكون هناك ميل للقوى لتدوير الجسم حول أي محور.

بالاعتماد على هذه الشروط يتم كتابة معادلات التوازن؛ حيثُ هناك ثلاث معادلات؛ لذلك يمكن حساب ثلاث قوى غير معروفة فقط، وإذا كان هناك أكثر من ثلاث قوى غير معروفة، فهذا يعني أنّ هنالك المزيد من المكونات في الهيكل أو الآلة أو أنّ هناك قيوداً أكثر ممّا هو مطلوب لمنع الجسم من الحركة.

2. الديناميك: يُطلق على فرع الميكانيكا الذي يتعامل مع حركة الأشياء الماديّة من خلال مراعاة سبب الحركة (أي القوى) ديناميك. بما أن القوّة هي المسببّة للحركة، فإن الديناميك يعتمد على مفهوم القوّة، ويتضمّن الديناميك وصف الحركة من حيث الموقع والسرعة والتّسارع ، بِغّض النظر عن تأثير القوى والأزواج والكتل.

3. علم الحركة (Kinematics): هو فرع الميكانيكا الذي يتعامل مع حركة الأشياء الماديّة دون مراعاة سبب الحركة (أي القوى)، ويلعب عامل الوقت دوراً أساسيّاً في علم الحركة.

تهدف الكينماتيكا إلى تقديم وصف للموضع المكاني للأجسام أو أنظمة جسيمات المادة، والسرعة الّتي تتحرّك بها الجسيمات وتسارعها، عندما يتم تجاهل القوى السببيّة، يكون وصف الحركة ممكنة فقط للجسيمّات ذات الحركة المقيّدة، أي أنها تتحرك ضمن مسارات معينّة وتكون القوى هي المسؤولة عن تحديد شكل الطريق في الحركة الّتي تكون من دون قيود (أو الحرة).

بالنسبة لجسيم يتحرك على مسار مستقيم، فإنّه يمكن تشكيل مخطط مناسب لوصف حركته من خلال مواقع هذا الجسيم والأزمنة المقابلة، ويتطلب الوصف المستمر صيغة رياضية تعبر عن الموقع من حيث الوقت.

عندما يتحرك الجسيم على مسار منحني، يُصبح وصف موقعه أكثر تعقيدا،ً ويتطلب بعدين أو ثلاثة أبعاد؛ في مثل هذه الحالات، فإنّ الوصف المستمر في شكل رسم بياني واحد أو صيغة رياضيّة غير ممكن.

يمكن وصف موضع الجسيم المتحرك على دائرة؛ من خلال نصف قطر الدّوران للدّائرة، ويُعرف نصف قطر الدّوران بأنه مُتّجه الموضع للجسيم، وإذا عرفنّا الزاوية بينه وبين نصف القطر الثابت كدّالة للوقت، يمكن حساب مقدار السرعة ومقدار تسارع الجسيم؛ ومع ذلك فإنّ السرعة والتّسارع لها اتجاه ومقدار، وتكون السرعة دائماً ممّاسة للمسار، في حين أن التّسارع يتكون من مركبّتين، أحدهما ممّاسة للمسار والأُخرى عمودية على المماس.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو المقصود بعلم الميكانيكا وما هي فروعه؟"؟