Back to the topics list

klasična mehanika

Uvod u klasičnu mehaniku

Klasična mehanika je grana fizike koja se bavi proučavanjem gibanja tijela i sila koje djeluju na njih. To je temelj na kojem se grade mnoga druga područja fizike, poput termodinamike, elektriciteta i magnetizma. Sama klasična mehanika može se podijeliti u dva glavna područja: kinematiku , koja se usredotočuje na opis gibanja bez razmatranja njegovih uzroka, i dinamiku , koja se bavi silama i zašto se objekti kreću onako kako se kreću.

Razumijevanje gibanja

Gibanje je promjena položaja objekta u odnosu na vrijeme. Najjednostavnija vrsta gibanja je linearno kretanje , gdje se objekt kreće pravocrtno. Primarne veličine koje se koriste za opisivanje gibanja su pomak , brzina i ubrzanje .

• Pomak ( \(\vec{d}\) ) je promjena položaja objekta. To je vektorska veličina, što znači da ima i veličinu i smjer.
• Brzina ( \(\vec{v}\) ) je stopa promjene pomaka u odnosu na vrijeme. Također je vektorska veličina. Formula je dana izrazom \(\vec{v} = \frac{\Delta \vec{d}}{\Delta t}\) , gdje je \(\Delta t\) vremenski interval.
• Ubrzanje ( \(\vec{a}\) ) je stopa promjene brzine s obzirom na vrijeme, još jedna vektorska veličina. Formula za ubrzanje je \(\vec{a} = \frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}\) .

Na primjer, ako automobil ubrza ravno iz stanja mirovanja do 60 km/h za 5 sekundi, njegovo se ubrzanje može izračunati pomoću formule za ubrzanje. Uz pretpostavku jednolike akceleracije:

• Početna brzina, \(\vec{v}_0 = 0\) km/h
• Konačna brzina, \(\vec{v} = 60\) km/h
• Vremenski interval, \(\Delta t = 5\) s

Moramo pretvoriti brzine u m/s prije izračuna. \(60\) km/h = \(16.67\) m/s. Prema tome, \(\vec{a} = \frac{16.67 - 0}{5} = 3.33\) m/s \(^2\) .

Newtonovi zakoni gibanja

Newtonovi zakoni gibanja temeljni su principi dinamike i temelj su klasične mehanike.

1. Prvi zakon (Zakon inercije) : Objekt će ostati u stanju mirovanja ili ravnomjernog gibanja po ravnoj liniji osim ako na njega ne djeluje vanjska sila.
2. Drugi zakon : Sila koja djeluje na tijelo jednaka je masi tog tijela pomnoženoj s njegovom akceleracijom ( \(\vec{F} = m\vec{a}\) ). Ovaj zakon uvodi pojam sile kao uzroka ubrzanja.
3. Treći zakon : Za svaku radnju postoji jednaka i suprotna reakcija.

Na primjer, ako silom gurnete kolica za kupnju, ona ubrzavaju. Sila kojom djelujete na kolica i ubrzanje kolica povezani su drugim Newtonovim zakonom. Što su kolica teža, to više sile trebate primijeniti da postignete isto ubrzanje.

Zakoni očuvanja u mehanici

Zakoni očuvanja igraju ključnu ulogu u razumijevanju ponašanja fizičkih sustava.

• Očuvanje energije : Ukupna energija u izoliranom sustavu ostaje konstantna tijekom vremena. Energija se može prenijeti iz jednog oblika u drugi, ali se ne može stvoriti ili uništiti.
• Očuvanje zamaha : Ukupni zamah zatvorenog sustava objekata ostaje konstantan tijekom vremena, pod uvjetom da na njega ne djeluju vanjske sile. Moment je umnožak mase i brzine ( \(\vec{p} = m\vec{v}\) ).

Ovi principi su ključni za rješavanje problema u klasičnoj mehanici, kao što su sudari između objekata ili kretanje planeta u Sunčevom sustavu.

Primjene klasične mehanike

Klasična mehanika ima širok raspon primjena u mnogim područjima. Neki primjeri su:

• Predviđanje orbita planeta i satelita.
• Projektiranje vozila i struktura da izdrže sile i kretanje.
• Razumijevanje strujanja tekućina i plinova (dinamika fluida).

Kroz klasičnu mehaniku možemo razumjeti kako se objekti kreću i međusobno djeluju sa silama u našem svakodnevnom životu iu složenim inženjerskim i znanstvenim problemima.