กลศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของร่างกายเมื่ออยู่ภายใต้แรงหรือการกระจัด และผลกระทบที่ตามมาของร่างกายต่อสิ่งแวดล้อม สาขานี้สามารถแบ่งออกเป็นสองสาขาหลัก: สถิตศาสตร์ การศึกษาวัตถุที่อยู่นิ่ง และ พลศาสตร์ การศึกษาวัตถุในการเคลื่อนที่
สถิตยศาสตร์ เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์โหลด (แรง แรงบิด/โมเมนต์) ในระบบทางกายภาพในสมดุลสถิต นั่นคือ ในสถานะที่ตำแหน่งสัมพัทธ์ของระบบย่อยไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป หรือเมื่อส่วนประกอบและโครงสร้างอยู่ที่ความเร็วคงที่ . แนวคิดที่สำคัญในวิชาสถิตยศาสตร์คือแนวคิดเรื่องสมดุล โดยที่ผลรวมของแรงและผลรวมของโมเมนต์รอบจุดใดๆ ต้องเป็นศูนย์
ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณากรณีง่ายๆ ของหนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะ น้ำหนักของหนังสือออกแรงลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง และโต๊ะรองรับหนังสือด้วยแรงที่เท่ากันและตรงกันข้ามที่เรียกว่าแรงปกติ ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงเหล่านี้มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม เพื่อให้แน่ใจว่าหนังสือจะนิ่งอยู่
ไดนามิก คือการศึกษาแรงและการเคลื่อนที่ของวัตถุ นอกจากนี้ ยังแบ่งออกเป็นจลนศาสตร์ซึ่งมุ่งเน้นไปที่คำอธิบายของการเคลื่อนไหวโดยไม่คำนึงถึงสาเหตุ และจลนศาสตร์ซึ่งตรวจสอบแรงที่ทำให้เกิดหรือปรับเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของวัตถุ
แนวคิดหลักในพลศาสตร์ ได้แก่ กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งสามารถสรุปได้ดังนี้
ตัวอย่างที่แสดงให้เห็นพลวัตคือการเคลื่อนที่ของรถที่เร่งความเร็วบนถนน เมื่อผู้ขับขี่เหยียบคันเร่ง เครื่องยนต์จะสร้างแรงผลักรถไปข้างหน้า ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ความเร่งของรถถูกกำหนดโดยแรงที่เกิดจากเครื่องยนต์และมวลของรถ
พลังงานเป็นแนวคิดหลักในกลศาสตร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับความสามารถในการทำงาน พลังงานกลมีสองประเภทหลัก: พลังงานจลน์ พลังงานของการเคลื่อนที่ และ พลังงานศักย์ ซึ่ง เป็นพลังงานที่เก็บไว้ในวัตถุเนื่องจากตำแหน่งหรือการจัดเรียงของมัน
หลักการอนุรักษ์พลังงานกลระบุว่าถ้าแรงอนุรักษ์เท่านั้น (เช่น แรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่น) ทำงาน พลังงานกลทั้งหมดของระบบจะยังคงคงที่ สามารถแสดงเป็นสมการ \(E_{total} = K + U\) โดยที่ \(E_{total}\) คือพลังงานกลทั้งหมด \(K\) คือพลังงานจลน์ และ \(U\) คือพลังงานศักย์
เครื่องจักรธรรมดาคืออุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนทิศทางหรือขนาดของแรงได้ เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของเครื่องจักรที่ซับซ้อนมากขึ้น เครื่องจักรเรียบง่ายคลาสสิกทั้งหก ได้แก่ คันโยก ล้อและเพลา รอก ระนาบเอียง ลิ่ม และสกรู
ตัวอย่างเช่น คันโยก เป็นเครื่องจักรธรรมดาที่สามารถใช้เพื่อยกของหนักได้โดยใช้ความพยายามน้อยลง หลักการเบื้องหลังคันโยกคือแนวคิดเรื่องข้อได้เปรียบทางกล ซึ่งเกิดขึ้นจากกฎแห่งโมเมนต์ โดยแรงที่ใช้คูณด้วยระยะห่างจากจุดหมุนจะต้องเท่ากับแรงโหลดคูณด้วยระยะห่างจากจุดหมุน ซึ่งสามารถแสดงเป็น \(F_1d_1 = F_2d_2\) โดยที่ \(F_1\) และ \(F_2\) คือแรง และ \(d_1\) และ \(d_2\) คือระยะห่างจากจุดหมุน
กลศาสตร์เป็นสาขาวิชาพื้นฐานของฟิสิกส์ที่ให้ความเข้าใจอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับโลกทางกายภาพผ่านการศึกษาแรงและการเคลื่อนที่ ทั้งสถิตยศาสตร์และไดนามิกส์ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับสมดุลและการเคลื่อนที่ของวัตถุ ในขณะที่แนวคิดเรื่องพลังงานและเครื่องจักรอย่างง่ายแสดงให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้หลักการเหล่านี้ในทางปฏิบัติในสถานการณ์จริง การศึกษากลศาสตร์ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับจักรวาลของเราให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น แต่ยังช่วยเพิ่มความสามารถของเราในการออกแบบวิธีแก้ปัญหาในชีวิตประจำวันอีกด้วย
