مکانیک (به فرانسوی: Mécanique) (کوشار در فارسی باستان و علم الحیل عرب) یکی از شاخه‌های فیزیک است که به مطالعه حرکات ماده و نیروهایی که باعث آن حرکات می‌شود اقدام می‌کند. دانش مکانیک که بر مبانی متعددی هم‌چون زمان، مکان، نیرو، انرژی، وماده بنا گردیده است، در مطالعه تمامی شاخه‌ها و شعبه‌های فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، و مهندسی به کار گرفته می‌شود.

مکانیک مجموعه گسترده‌ای از دانش است که سابقه آن از تاریخ مدون بشری فراتر می‌رود.

دانش مکانیک به دو زمینه اصلی مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی بخش می‌شود.

شاخه‌ها

مکانیک کلاسیک به شاخه‌های استاتیک و دینامیک تقسیم می‌شود؛ که استاتیک بررسی نیروهای اجسام ایستاده است و دینامیک که حرکت ذرات را بررسی می‌کند. در حالت کلی حرکت یک ذره از دو دیدگاه مختلف می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد به بیان دیگر می‌توان گفت، بطور کلی دینامیک که در آن حرکت اجسام مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد، شامل دو قسمت سینماتیک و سینتیک است. در بخش سینماتیک از علت حرکت بحثی به میان نمی‌آید و حرکت بدون توجه به عامل ایجاد کننده آن بررسی می‌شود و حرکت بحث بیشتر جنبه هندسی دارد. در بخش سینتیک دلایل حرکت اجسام که همان نیروهای وارد بر جسم پویاست، بررسی می‌شود.

مکانیک کوانتومی

با آن‌که مکانیک کلاسیک توصیف دقیقی از پدیده‌های ماکروسکپی در سرعت‌های بسیار کمتر از سرعت نور به‌دست می‌دهد و در پدیده‌های روزمره وسیله اصلی کار مهندسان و فیزیک‌دانان است، در توضیح پدیده‌های مربوط به سرعت‌های زیاد (نزدیک به سرعت نور) و پدیده‌های میکروسکپی به‌کار نمی‌آید. در قرن بیستم برای رفع این اشکالات رشته مکانیک کوانتومی به‌وجود آمد. پدیده سرعت‌های زیاد را اینشتین با نظریه نسبیت خود توجیه کرد ولی برای حل مشکلات پدیده‌های میکروسکوپی به قوانین و نظریه‌های کاملاً جدیدی احتیاج داریم که در مجموع مکانیک کوانتومی را تشکیل می‌دهند.

مکانیک کلاسیک

مکانیک کلاسیک (به انگلیسی: Classical mechanics) یا مکانیک نیوتنی یکی از قدیمیترین و آشناترین شاخه‌های فیزیک است. این شاخه با اجسام در حال سکون و حرکت، تحت تأثیر نیروهای داخلی و خارجی سرو کار دارد. قوانین مکانیک به تمام گستره اجسام، اعم از میکروسکوپی از قبیل الکترونها در اتمها و سیارات در فضا یا حتی به کهکشان‌ها در بخش‌های دور دست جهان اعمال می‌شود.

آیزاک نیوتن

نیوتن در سال ۱۶۸۷ میلادی «اصول ریاضین فلسفهٔ طبیعی» را به نگارش درآورد. در این کتاب او مفهوم گرانش عمومی را مطرح ساخت و با تشریحقوانین حرکت اجسام، علم مکانیک کلاسیک را پایه گذاشت. نیوتن همچنین در افتخار تکمیل حساب دیفرانسیل با ویلهلم گوتفرید لایبنیتز ریاضیدان آلمانی شریک است.^{[نیازمند منبع]} نام نیوتن با انقلاب علمی در اروپا و ارتقاء نظریه خورشید مرکزی پیوند خورده است.^{[نیازمند منبع]} او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قوانین حرکت سیارات کپلر برهان‌های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی (مانند ستارگان دنباله دار) لزوماً بیضوی نیست بلکه می‌تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد. افزون بر اینها، نیوتن پس از آزمایش‌های دقیق دریافت که نور سفید ترکیبی است از تمام رنگ‌های موجود در رنگین‌کمان. در آن دوران دروس دانشکده عموماً بر پایهٔ آموزه‌های ارسطو تنظیم می‌شد ولی نیوتن ترجیح می‌داد که با اندیشه‌های مترقی‌تر فیلسوفان نوگرایی چون دکارت، گالیله، کپرنیک و کپلر آشنا شود. در ۱۶۶۵ میلادی او موفق به کشف قضیهٔ دو جمله‌ای در جبر شد. یافته‌ای که بعدها به ابداع حساب دیفرانسیل انجامید.

در سال ۱۶۸۴ میلادی نیوتن که مطالعات خود را دربارهٔ گرانش و چگونگی حرکت سیارات کامل کرده بود، رساله‌ای در این مورد نوشت که بسیار مورد توجه ادموند هالی منجم معروف انگلیسی قرار گرفت. با تشویق و پیگیری او سرانجام نیوتن کتابش را تکمیل و با سرمایه هالی منتشر کرد.

کتاب (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) اصول ریاضی فلسفهٔ طبیعی بر جهان علم بویژه فیزیک تأثیری عظیم گذاشت و بعضی آن را بزرگ‌ترین کتاب علمی تاریخ دانسته‌اند. کپلر نتوانسته بود توضیح دهد که چرا مدار سیاره‌ها بیضی است و چه نیرویی آنها را به حرکت درمی‌آورد. همچنین مشخص نبود که به چه علت سرعت مداری سیارات وقتی به خورشید نزدیکتر می‌شوند، افزایش می‌یابد. نیوتن در کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی به تمامی این پرسش‌ها پاسخ گفت. او ثابت کرد که نیروی کشش میان اجسام آسمانی، طبق قانون «عکس مربع» عمل می‌کند یعنی مقدار نیروی گرانش میان خورشید و یک سیاره برابر است با عکس مجذور فاصله میان آن دو. او با تحلیل ریاضی نشان داد که قانون عکس مربع به ناگزیر مسیر حرکت سیاره‌ها را بیضی می‌سازد. آنگاه او گام بلند دیگری برداشت و قانون گرانش عمومی را وضع کرد که به موجب آن هر جسمی در عالم به هر جسم دیگری نیروی کششی وارد می‌کند و مقدار این نیرو با رابطهٔ نامبرده محاسبه‌پذیر است. در بخش دیگری از کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی، نیوتن چگونگی جنبش اجسام را در قالب سه قانون توصیف کرده است. ارسطو بر این باور بود که اجسام در حالت طبیعی ساکن هستند و برای اینکه یک جسم با سرعت یکنواخت به حرکت خود ادامه دهد، باید پیوسته نیرویی بر آن وارد شود در غیراین صورت به حالت «طبیعی» خود برمی‌گردد و ساکن می‌شود. اما نیوتن با بهره‌گیری از پژوهشهای گالیله به این پندار درست رسید که اگر جسمی با سرعت یکنواخت به حرکت درآید و نیرویی بیرونی به آن وارد نشود تا ابد با شتاب صفر به حرکت خود ادامه خواهد داد. این ویژگی را نیوتن در نخستین قانون حرکت خود چنین بیان می‌کند.

قانون یکم

هر جسم که در حال سکون یا حرکت یکنواخت در راستای خط مستقیم باشد، به همان حالت می‌ماند مگر آنکه در اثر نیروهای بیرونی ناچار به تغییر آن حالت شود.

دومین قانون به این پرسش پاسخ می‌دهد که اگر بر یک جسم نیروی خارجی وارد شود، حرکت آن چگونه خواهد بود.

قانون دوم

آهنگ تغییر اندازهٔ حرکت یک جسم، متناسب با نیروی برآیندِ وارد بر آن جسم است و در جهت نیرو قرار دارد. فرمولی که از این قانون برمی‌آید به معادله بنیادین مکانیک کلاسیک معروف است که مطابق آن، شتاب یک جسم برابر است با نیروهای خالص وارده تقسیم بر جرم جسم. این قانون توسط نیوتن به شکل برابری آهنگ تغییر تکانه با نیرو بیان شد:

قانون سوم

سومین قانون می‌گوید که هرگاه جسمی به جسم دیگری نیرو وارد کند، جسم دوم نیز نیرویی به همان بزرگی ولی در سوی مخالف بر جسم اول وارد می‌کند و برآیند کنش هم‌زمان این دو نیرو باعث حرکت شتابدار می‌شود.

خدمات نیوتن

مجموعهٔ قوانین سه‌گانهٔ حرکت و قانون گرانش عمومی، اساس و شالودهٔ فناوری مدرن هستند و با وجود پیدایش فرضیه‌های تازه‌تر از اهمیت آن کاسته نشده است. در کنار فعالیت‌های علمی معمول، نیوتن از مسؤولیت‌های سیاسی نیز رویگردان نبود. او در سال‌های ۱۶۸۹، ۱۷۰۱ و ۱۷۰۲ (میلادی). به نمایندگی مجلس برگزیده شد. اگر چه تنها جمله‌ای که در طول این سه سال در صحن مجلس بر زبان آورد، تقاضای بستن پنجره‌ها بود!

از سال ۱۷۰۳ میلادی تا آخر عمر نیوتن رئیس انجمن سلطنتی بریتانیا و همچنین یکی از اعضای فرهنگستان علوم فرانسه بود.

 

فهرست مطالب:

فصل اول: اندازه گیری

فصل دوم: بردارها

فصل سوم: حرکت یک بعدی

فصل چهارم:حرکت در صفحه

فصل پنجم: دینامیک ذره

فصل ششم: نیروهای اصطکاک

فصل هفتم: کار و انرژی

فصل هشتم: پایستگی انرژی

فصل نهم: پایستگی تکانه خطی

فصل دهم: برخورد

فصل یازدهم: سینماتیک دورانی

فصل دوازدهم: دینامیک دورانی

فصل سیزدهم: دینامیک دورانی و پایستگی تکانه زاویه ای

فصل چهاردهم: تعادل اجسام صلب

به همراه مثالهای مختلف در هر فصل.