مکانیک شاخه‌ای از فیزیک است که به رفتار اجسام فیزیکی هنگام قرار گرفتن در معرض نیرو یا جابه‌جایی و تأثیرات بعدی اجسام بر محیطشان می‌پردازد. این رشته را می توان به دو حوزه اصلی تقسیم کرد: استاتیک ، مطالعه اجسام در حال سکون، و دینامیک ، مطالعه اجسام در حال حرکت.
استاتیک به تجزیه و تحلیل بارها (نیرو، گشتاور/ممان) بر روی سیستم های فیزیکی در تعادل استاتیکی مربوط می شود، یعنی در حالتی که موقعیت های نسبی زیرسیستم ها در طول زمان تغییر نمی کند یا اجزا و ساختارها در سرعت ثابتی هستند. . یک مفهوم مهم در استاتیک، ایده تعادل است، که در آن مجموع نیروها، و مجموع لحظات در مورد هر نقطه، باید صفر باشد.
به عنوان مثال، یک مورد ساده از کتابی که روی میز قرار گرفته است را در نظر بگیرید. وزن کتاب به دلیل گرانش نیرویی رو به پایین وارد می کند و میز با نیرویی برابر و مخالف که به عنوان نیروی عادی شناخته می شود، کتاب را پشتیبانی می کند. طبق قانون سوم نیوتن، این نیروها از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هستند و این امر باعث می شود کتاب در حالت سکون باقی بماند.
دینامیک مطالعه نیروها و حرکت اجسام است. بیشتر به سینماتیک تقسیم می شود که بر توصیف حرکت بدون توجه به علل آن تمرکز دارد و سینتیک که نیروهایی را که باعث یا تغییر حرکت اجسام می شوند بررسی می کند.
مفاهیم کلیدی در دینامیک شامل قوانین حرکت نیوتن است که می توان آنها را به صورت زیر خلاصه کرد:
مثالی که دینامیک را نشان می دهد، حرکت خودرویی است که در جاده شتاب می گیرد. هنگامی که راننده پدال گاز را فشار می دهد، موتور نیرویی ایجاد می کند که خودرو را به جلو می راند. طبق قانون دوم نیوتن، شتاب خودرو با نیروی ایجاد شده توسط موتور و جرم خودرو تعیین می شود.
انرژی یک مفهوم کلیدی در مکانیک است که به ظرفیت انجام کار مربوط می شود. دو نوع اصلی انرژی مکانیکی وجود دارد: انرژی جنبشی ، انرژی حرکت، و انرژی پتانسیل ، انرژی ذخیره شده در یک جسم به دلیل موقعیت یا آرایش آن.
اصل بقای انرژی مکانیکی بیان می کند که اگر فقط نیروهای محافظه کار (مانند نیروهای گرانشی و کشسان) کار کنند، کل انرژی مکانیکی یک سیستم ثابت می ماند. این را می توان به عنوان معادله \(E_{total} = K + U\) نشان داد، که در آن \(E_{total}\) کل انرژی مکانیکی است، \(K\) انرژی جنبشی است و \(U\) انرژی پتانسیل است.
ماشین های ساده وسایلی هستند که می توانند جهت یا بزرگی نیرو را تغییر دهند. آنها اجزای اساسی ماشین های پیچیده تر هستند. شش ماشین ساده کلاسیک عبارتند از: اهرم، چرخ و محور، قرقره، صفحه شیبدار، گوه و پیچ.
برای مثال اهرم ماشین ساده ای است که با تلاش کمتر می توان وزنه های سنگین را بلند کرد. اصل پشت اهرم، مفهوم مزیت مکانیکی است که از قانون گشتاورها ناشی می شود: نیروی اعمال شده ضربدر فاصله آن از محور باید برابر با نیروی بار ضرب در فاصله آن از محور باشد. این را می توان به صورت \(F_1d_1 = F_2d_2\) بیان کرد، که در آن \(F_1\) و \(F_2\) نیروها و \(d_1\) و \(d_2\) فواصل از محور هستند.
مکانیک شاخه ای اساسی از فیزیک است که از طریق مطالعه نیروها و حرکت، درک جامعی از جهان فیزیکی ارائه می دهد. هر دو استاتیک و دینامیک بینش های اساسی را در مورد تعادل و حرکت اجسام ارائه می دهند، در حالی که مفاهیم انرژی و ماشین های ساده کاربردهای عملی این اصول را در سناریوهای دنیای واقعی نشان می دهند. مطالعه مکانیک نه تنها درک ما از جهان را عمیق تر می کند، بلکه توانایی ما در مهندسی راه حل برای مسائل روزمره را نیز افزایش می دهد.
