Mehanika je grana fizike koja se bavi ponašanjem fizičkih tijela kada su podvrgnuta silama ili pomacima, te posljedičnim učinkom tijela na okolinu. Ovo područje može se podijeliti u dva glavna područja: statika , proučavanje tijela u mirovanju, i dinamika , proučavanje tijela u gibanju.
Statika se bavi analizom opterećenja (sila, zakretni moment/moment) na fizičke sustave u statičkoj ravnoteži, to jest u stanju u kojem se relativni položaji podsustava ne mijenjaju tijekom vremena ili gdje su komponente i strukture konstantne brzine . Važan koncept u statici je ideja ravnoteže, gdje zbroj sila i zbroj momenata oko bilo koje točke mora biti nula.
Na primjer, razmotrite jednostavan slučaj knjige koja leži na stolu. Težina knjige djeluje prema dolje zbog gravitacije, a stol podupire knjigu jednakom i suprotnom silom poznatom kao normalna sila. Prema Newtonovom trećem zakonu, te su sile jednake veličine i suprotnog smjera, što osigurava da knjiga miruje.
Dinamika je proučavanje sila i gibanja tijela. Dalje se dijeli na kinematiku, koja se usredotočuje na opis gibanja bez obzira na njegove uzroke, i kinetiku, koja ispituje sile koje uzrokuju ili modificiraju gibanje objekata.
Ključni pojmovi u dinamici uključuju Newtonove zakone gibanja, koji se mogu sažeti na sljedeći način:
Primjer koji pokazuje dinamiku je kretanje automobila koji ubrzava na cesti. Kada vozač pritisne papučicu gasa, motor stvara silu koja gura automobil naprijed. Prema drugom Newtonovom zakonu, ubrzanje automobila određeno je silom koju stvara motor i masom automobila.
Energija je ključni koncept u mehanici, a odnosi se na sposobnost obavljanja rada. Postoje dvije glavne vrste mehaničke energije: kinetička energija , energija gibanja, i potencijalna energija , energija pohranjena u objektu zbog njegovog položaja ili rasporeda.
Načelo očuvanja mehaničke energije kaže da ako samo konzervativne sile (kao što su gravitacijske i elastične sile) rade, ukupna mehanička energija sustava ostaje konstantna. To se može predstaviti kao jednadžba \(E_{total} = K + U\) , gdje je \(E_{total}\) ukupna mehanička energija, \(K\) kinetička energija, a \(U\) je potencijalna energija.
Jednostavni strojevi su uređaji koji mogu promijeniti smjer ili veličinu sile. Oni su temeljne komponente složenijih strojeva. Šest klasičnih jednostavnih strojeva su poluga, kotač i osovina, remenica, kosa ravnina, klin i vijak.
Na primjer, poluga je jednostavan stroj koji se može koristiti za podizanje teških utega uz manje napora. Načelo iza poluge je koncept mehaničke prednosti, koji proizlazi iz zakona momenata: primijenjena sila pomnožena njezinom udaljenošću od stožera mora biti jednaka sili opterećenja pomnoženoj njezinom udaljenošću od stožera. To se može izraziti kao \(F_1d_1 = F_2d_2\) , gdje su \(F_1\) i \(F_2\) sile, a \(d_1\) i \(d_2\) udaljenosti od stožera.
Mehanika je temeljna grana fizike koja pruža sveobuhvatno razumijevanje fizičkog svijeta kroz proučavanje sila i gibanja. I statika i dinamika nude bitne uvide u ravnotežu i kretanje objekata, dok koncepti energije i jednostavnih strojeva ilustriraju praktične primjene ovih načela u scenarijima stvarnog svijeta. Proučavanje mehanike ne samo da produbljuje naše razumijevanje svemira, već također poboljšava našu sposobnost inženjeringa rješenja za svakodnevne probleme.
