الميكانيكا هي فرع من الفيزياء الذي يتعامل مع سلوك الأجسام المادية عند تعرضها لقوى أو إزاحات، والتأثير اللاحق للأجسام على بيئتها. يمكن تقسيم هذا المجال إلى مجالين رئيسيين: الاستاتيكا ، دراسة الأجسام الساكنة، والديناميكية ، دراسة الأجسام المتحركة.
تهتم الإحصائيات بتحليل الأحمال (القوة، عزم الدوران/العزم) على الأنظمة الفيزيائية في حالة توازن ثابت، أي في حالة لا تتغير فيها المواضع النسبية للأنظمة الفرعية بمرور الوقت، أو حيث تكون المكونات والهياكل في سرعة ثابتة . من المفاهيم المهمة في علم الإحصاء فكرة التوازن، حيث يجب أن يكون مجموع القوى ومجموع العزوم حول أي نقطة صفرًا.
على سبيل المثال، فكر في حالة بسيطة لكتاب موضوع على طاولة. يؤثر وزن الكتاب بقوة نحو الأسفل بسبب الجاذبية، وتدعم الطاولة الكتاب بقوة مساوية ومعاكسة تعرف بالقوة العمودية. ووفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن هذه القوى متساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه، مما يضمن بقاء الكتاب في حالة سكون.
الديناميكيات هي دراسة القوى وحركة الأجسام. وينقسم أيضًا إلى علم الحركة، الذي يركز على وصف الحركة بغض النظر عن أسبابها، وعلم الحركة، الذي يدرس القوى التي تسبب أو تعدل حركة الأشياء.
تشمل المفاهيم الأساسية في الديناميكيات قوانين نيوتن للحركة، والتي يمكن تلخيصها على النحو التالي:
من الأمثلة التي توضح الديناميكيات حركة سيارة تتسارع على الطريق. عندما يضغط السائق على دواسة الوقود، يولد المحرك قوة تدفع السيارة إلى الأمام. وفقا لقانون نيوتن الثاني، يتم تحديد تسارع السيارة من خلال القوة المولدة من المحرك وكتلة السيارة.
الطاقة هي مفهوم أساسي في الميكانيكا، يتعلق بالقدرة على بذل شغل. هناك نوعان رئيسيان من الطاقة الميكانيكية: الطاقة الحركية ، طاقة الحركة، والطاقة الكامنة ، الطاقة المخزنة في جسم ما بسبب موضعه أو ترتيبه.
ينص مبدأ الحفاظ على الطاقة الميكانيكية على أنه إذا كانت القوى المحافظة (مثل قوى الجاذبية والمرونة) فقط هي التي تقوم بالعمل، فإن إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام يظل ثابتًا. يمكن تمثيل ذلك بالمعادلة \(E_{total} = K + U\) حيث \(E_{total}\) هو إجمالي الطاقة الميكانيكية، \(K\) هي الطاقة الحركية، و \(U\) هي الطاقة المحتملة.
الآلات البسيطة هي أجهزة يمكنها تغيير اتجاه القوة أو مقدارها. إنها المكونات الأساسية للآلات الأكثر تعقيدًا. الآلات الست الكلاسيكية البسيطة هي الرافعة، والعجلة والمحور، والبكرة، والمستوى المائل، والإسفين، والمسمار.
على سبيل المثال، الرافعة هي آلة بسيطة يمكن استخدامها لرفع الأوزان الثقيلة بجهد أقل. المبدأ الكامن وراء الرافعة هو مفهوم الميزة الميكانيكية، والتي تنشأ من قانون اللحظات: القوة المطبقة مضروبة في بعدها عن المحور يجب أن تكون مساوية لقوة الحمل مضروبة في بعدها عن المحور. يمكن التعبير عن ذلك بـ \(F_1d_1 = F_2d_2\) حيث \(F_1\) و \(F_2\) هي القوى و \(d_1\) و \(d_2\) هي المسافات من المحور.
الميكانيكا فرع أساسي من فروع الفيزياء يوفر فهمًا شاملاً للعالم المادي من خلال دراسة القوى والحركة. تقدم كل من الإحصائيات والديناميكيات رؤى أساسية حول توازن وحركة الأشياء، في حين توضح مفاهيم الطاقة والآلات البسيطة التطبيقات العملية لهذه المبادئ في سيناريوهات العالم الحقيقي. إن دراسة الميكانيكا لا تعمق فهمنا للكون فحسب، بل تعزز أيضًا قدرتنا على هندسة الحلول للمشاكل اليومية.
