Mekanik (fysik): Undersøgelsen af bevægelse

Mekanik er den gren af fysik, der beskæftiger sig med bevægelse af genstande. At forstå mekanik er kritisk for enhver fremtidig videnskabsmand, ingeniør eller nysgerrig menneske, der ønsker at regne ud, siger, den bedste måde at holde en skruenøgle ved udskiftning af et dæk.

Almindelige emner i studiet af mekanik inkluderer Newtons love, kræfter, lineær og roterende kinematik, momentum, energi og bølger.
Newtons love

Sir Isaac Newton udviklede blandt andet tre bevægelseslove, der er afgørende for forståelsen af mekanik.

< li> Ethvert objekt i en tilstand af ensartet bevægelse forbliver i denne bevægelsestilstand, medmindre en ekstern kraft virker på den. (Dette er også kendt som inerti-loven.
)

1. Nettokraft er lig med massetidens acceleration.
   
2. For hver handling er der en lige og modsat reaktion.
   
   

   Newton formulerede også den universelle tyngdekraftslov, som hjælper med at beskrive tiltrækningen mellem to objekter og kredsløb i legemer i rummet.
   

   Newtons love gør et så godt stykke arbejde at forudsige bevægelsen af genstande, som folk ofte henviser til hans love og forudsigelser baseret på dem som Newtonsk mekanik eller klassisk mekanik. Disse beregninger beskriver imidlertid ikke præcist den fysiske verden under alle forhold, inklusive når et objekt rejser nær lysets hastighed eller arbejder i en utrolig lille skala - særlig relativitet og kvantemekanik er felter, der tillader fysikere at studere bevægelse i universet ud over, hvad Newton kunne undersøge.
   kræfter
   

   kræfter årsag til bevægelse. En styrke er i det væsentlige et skub eller en trækning.
   

   Forskellige typer kræfter, som en gymnasium eller introduktionsstuderende helt sikkert vil støde på inkluderer: tyngdekraft, friktion, spænding, elastiske, anvendte og forårskræfter. Fysikere tegner disse kræfter, der virker på genstande i specielle diagrammer kaldet fritlegeme diagrammer
   eller kraftdiagrammer
   . Sådanne diagrammer er kritiske for at finde nettokraften på et objekt, som igen bestemmer, hvad der sker med dens bevægelse.
   

   Newtons love fortæller os, at en nettokraft vil få et objekt til at ændre sin hastighed, hvilket kan betyde dets hastighed ændres eller
   dens retning ændres. Ingen netkraft betyder, at objektet forbliver, ligesom det er: bevæger sig med en konstant hastighed eller i hvile.
   

   En nettokraft
   er summen af flere kræfter, der virker på et objekt, såsom to trukketrupper hold, der trækker på et reb i modsatte retninger. Holdet, der trækker hårdere, vil vinde, hvilket resulterer i mere styrke rettet deres vej; det er grunden til at rebet og det andet team ender med at accelerere i den retning.
   Lineær og roterende kinematik
   

   Kinematik er en gren af fysik, der tillader, at bevægelsen beskrives blot ved at anvende et sæt ligninger. Kinematik henviser overhovedet ikke til de underliggende kræfter, bevægelsens årsag. Derfor betragtes kinematik også som en gren af matematik.
   

   Der er fire vigtigste kinematikligninger, som nogle gange kaldes bevægelsesligningerne.
   

   De mængder, der kan udtrykkes i de kinematiske ligninger beskriv linje__ar bevægelse
   (bevægelse i en lige linje), men hver af disse kan også udtrykkes for rotationsbevægelse
   (også kaldet cirkulær bevægelse) ved hjælp af analoge værdier. For eksempel ville en kugle, der ruller langs gulvet lineært, have en lineær hastighed v, samt en vinkelhastighed ω
   , der beskriver dens omdrejningshastighed. Og hvor en nettokraft
   forårsager en ændring i lineær bevægelse, forårsager et nettomoment
   en ændring i et objekts rotation.
   Momentum and Energy
   

   To andre emner der falder ind i mekanikens gren af fysik er momentum og energi.
   

   Begge disse mængder er bevaret, hvilket betyder, at i et lukket system kan den samlede mængde momentum eller energi ikke ændres. Vi omtaler disse typer love som bevaringslove. En anden almindelig bevaringslov, som normalt studeres i kemi, er bevarelse af masse.
   

   Lovene om bevarelse af energi og bevaring af momentum gør det muligt for fysikere at forudsige hastigheden, forskydningen og andre aspekter af bevægelsen af forskellige objekter, der interagerer med hinanden, såsom et skateboard, der ruller ned ad en rampe eller billardkugler, der kolliderer.
   Moment of Inertia
   

   Momentet af inerti er et nøglekoncept i forståelsen af rotationsbevægelse for forskellige objekter. Det er en mængde baseret på masse, radius og rotationsakse for et objekt, der beskriver, hvor vanskeligt det er at ændre sin vinkelhastighed - med andre ord, hvor svært det er at fremskynde eller bremse dets spinding.
   

   Igen, da rotationsbevægelse er analog med lineær bevægelse, er inertimomentet analogt med det lineære inerti-begreb, som det fremgår af Newtons første lov. Mere masse og en større radius giver et objekt et højere treghedsmoment og omvendt. Det er sværere at rulle en ekstra stor kanonkugle ned ad gangen end at rulle en volleyball!
   Bølger og simpel harmonisk bevægelse
   

   Bølger er et specielt emne i fysik. En mekanisk bølge henviser til en forstyrrelse, der overfører energi gennem stof - en vandbølge eller en lydbølge er begge eksempler.
   

   Enkel harmonisk bevægelse er en anden type periodisk bevægelse, hvori en partikel eller objekt svinger omkring et fast punkt . Eksempler inkluderer en lillevinklet pendul, der svinger frem og tilbage eller en spiralfjeder, der springer op og ned som beskrevet af Hookes lov.
   

   Typiske mængder fysikere bruger til at studere bølger og periodisk bevægelse er periode, frekvens, bølgehastighed og bølgelængde.
   

   Elektromagnetiske bølger eller lys er en anden type bølge, der kan passere gennem tomt rum, fordi energi ikke føres af stof, men af svingende felter. ( Oscillation
   er en anden betegnelse for vibration.
   ) Selvom lys fungerer som en bølge, og dets egenskaber kan måles med de samme mængder som en klassisk bølge, fungerer det også som en partikel, kræver en vis kvantefysik til at beskrive. Således passer lys ikke helt i studiet af klassisk mekanik.
   Matematik i klassisk mekanik
   

   Fysik er en meget matematisk videnskab. Løsning af mekanikproblemer kræver viden om:
   
   

3. Vektorer vs. skalarer
   
4. Definition af et system
   
5. Indstilling af en referenceramme
   
6. Vector tilføjelse og vektormultiplikation
   
7. Algebra, og for nogle to-dimensionelle bevægelser, trigonometri
   
8. Hastighed vs. hastighed
   
9. Afstand vs. forskydning
   
10. Græske bogstaver - disse bruges ofte til enheder og variabler i fysik ligninger -
    En-dimensionel bevægelse vs. bevægelse i to dimensioner
    

    Omfanget af et gymnasium eller et introduktionsskole fysik kursus inkluderer normalt to vanskeligheder med at analysere mekanik situationer : ser på en-dimensionel bevægelse (lettere) og to-dimensionel bevægelse (hårdere).
    

    Bevægelse i en dimension betyder, at objektet bevæger sig langs en lige linje. Disse typer fysikproblemer kan løses ved hjælp af algebra.
    

    Bevægelse i to dimensioner beskriver, når et objekts bevægelse har både en lodret og en vandret komponent. Det vil sige, at det bevæger sig i to retninger på én gang .
    Disse typer problemer kan være flere trin og kan kræve trigonometri for at løse.
    

    Projektilbevægelse er et almindeligt eksempel på to-dimensionelt bevægelse. Projektilbevægelse er enhver type bevægelse, hvor den eneste kraft, der virker på objektet, er tyngdekraften. For eksempel: en kugle, der kastes i luften, en bil, der kører ud af en klippe eller en pil, der bliver skudt mod et mål. I hvert af disse tilfælde sporer objektets vej gennem luften formen på en bue, der bevæger sig både vandret og lodret (enten op og derefter ned, eller bare ned).