mekanik

Mekanik (fra oldgræsk μηχανικὴ τέχνη mechané , tysk 'maskine, kunstværk, funktionsmåde' ) ^{[1] [2]} er studiet af bevægelser og deformation af legemer og de kræfter, der virker i dem inden for naturvidenskab og teknik . I fysik forstås mekanik normalt som klassisk mekanik . I teoretisk fysiks delområde bruges udtrykket ofte i forkortelse til teoretisk mekanik . I teknik forstås det normalt at betyde teknisk mekanik , som bruger metoder og grundlæggende principper for klassisk mekanik til at beregne maskiner eller strukturer.

Både relativitetsteorien og kvantemekanikken indeholder klassisk mekanik som et specielt tilfælde.

Klassisk mekanik blev grundlæggende grundlagt i 1600 -tallet af Isaac Newtons arbejde og var dermed den første naturvidenskab i moderne forstand (se History of Classical Mechanics ).

Underinddeling

Mekanik kan groft inddeles i forskellige underområder: Kinematik beskæftiger sig med legemers bevægelse og beskriver primært legemets bane , hastighed og acceleration uden at tage hensyn til masse eller kræfter. Dynamikken udvider beskrivelsen af ​​bevægelserne gennem massen og de virkende kræfter . Dynamikken er ofte opdelt i statik (kræfter i ligevægt) ogkinetik (kræfter ikke i ligevægt). I teknisk mekanik ^[3] er de derimod også opdelt i kinematik og kinetik og forstået som et underområde, der står ved siden af ​​statik.

Desuden kan særlige underområder inden for mekanik klassificeres efter mange forskellige kriterier. ^[4]

Opdelingen, der allerede er beskrevet ovenfor i henhold til hensynet til kræfter, resulterer i:

• Kinematik - uden at tage hensyn til kræfter
• Dynamik - tager hensyn til kræfter

En klassifikation i henhold til sammenlægningstilstanden er som følger:

• Solid mekanik ( solid mekanik )
  • Mekanik i stive legemer eller stereomekanik ^[5] : Systemer med diskrete massepunkter og ikke-deformerbare legemer. Det er opdelt i punktmekanik , som afholder sig fra kroppens selvrotationer og gyro-teorien , der koncentrerer sig om selvrotationerne.
  • Mekanik i elastiske legemer: Teorien om elasticitet omhandler elastiske deformationer, dvs. deformationer, der trækker sig tilbage, efter at de kræfter, der forårsager dem, er blevet trukket tilbage som en fjeder. Et vigtigt delområde er elastostatik til ubevægelige kroppe.
  • Mekanik i plastlegemer: Teorien om plasticitet omhandler plastiske deformationer, dvs. deformationer, der ikke trækker sig tilbage, efter at årsagskræfterne er trukket tilbage, f.eks. Med varmt smør eller smedning.
• Væskemekanik ( gasser og væsker ): Det kan yderligere opdeles efter den interne friktion i mekanikken i ideelle gasser eller rigtige gasser og mekanikken i friktionsfrie og viskøse væsker, såvel som i henhold til væsken og i henhold til bevægelsen i statisk (ubevægelig, stationær) og dynamik (i bevægelse):
  • Væskestatik : aerostatik (til gasser), hydrostatik (til væsker)
  • Væskedynamik : aerodynamik , hydrodynamik

Klassificeringen efter anvendelsesområde fører til:

• Teoretisk mekanik (også kaldet "analytisk mekanik"). Ud over inddelingen i kinematik og dynamik kan formalismen også opdeles i: ^{[6] [7]}
  • Newtonsk mekanik : Den ældste repræsentation, der går tilbage til Isaac Newton . Det gælder i upassede referencesystemer ( inertialsystemer ). At løse specifikke problemer med begrænset mobilitet kan være meget tidskrævende.
  • Lagrange-formalisme : En repræsentation, der går tilbage til Joseph-Louis Lagrange og også er gyldig i accelererede referencerammer. Den bruger generaliserede koordinater og giver en meget enklere løsning på mange problemer, f.eks. B. i systemer med mere end to organer eller med bevægelsesrestriktioner.
  • Hamiltonian mekanik : En meget generel repræsentation af William Rowan Hamilton , som har fordele inden for himmelsk mekanik og er velegnet til tilslutning af kvantemekanik i den teoretiske opbygning af fysik.
• Teknisk mekanik . Normalt opdelt i:
  • Statik : Hvile stive kroppe
  • Styrketeori : deformerbare faste kroppe
  • Dynamik : bevægelige kroppe

En klassificering efter typen af idealisering omfatter:

• Punktmekanik : Det blev grundlagt af Isaac Newton og bruger den højest mulige idealisering af virkelige kroppe som et massepunkt .
• Mekanik i stive legemer eller stereomekanik ^[5] : ikke-deformerbare legemer og massepunkter med seks frihedsgrader med underområdet gyroskopisk teori , der fokuserer på rotationsbevægelser med tre frihedsgrader.
• Kontinuummekanik : kontinuerligt udvidede, deformerbare kroppe, med underafdelingen:
  • Mekanik i elastiske legemer: Teorien om elasticitet omhandler elastiske deformationer, dvs. deformationer, der trækker sig tilbage, efter at de kræfter, der forårsager dem, er blevet trukket tilbage som en fjeder. Et vigtigt delområde er elastostatik til ubevægelige kroppe.
  • Mekanik i plastlegemer: Teorien om plasticitet omhandler plastiske deformationer, dvs. deformationer, der ikke trækker sig tilbage, efter at årsagskræfterne er trukket tilbage, som med varmt smør eller smedning.
  • Væskemekanik og gasdynamik (væskemekanik): væsker , gasser og plasmaer
• Statistisk mekanik (også statistisk termodynamik): statistisk interaktion mellem mange massepunkter, med særlig henvisning til termodynamik . Statistisk mekanik er en gren af statistisk fysik .

undersøgelse

Mekanik undervises på den ene side som en del af fysikforløbet og på den anden side som en del af ingeniøruddannelsen, for eksempel i maskiningeniør eller civilingeniør . Der er også et par specialkurser i mekanik, hvoraf nogle kaldes Applied Mechanics :

• Master of Science (MSc) Mekanik fra Ecole Polytechnique , Frankrig
• Civilingeniør ved Universite Paris-Saclay , Frankrig
• MSc Applied Mechanics på TU Chalmers , Sverige
• Studieområde Mekanik med Bachelor of Science (BSc) Applied Mechanics og MSc Mechanics på TU Darmstadt
• MSc Computational Mechanics ved University of Duisburg-Essen
• MSc Computational Mechanics ved det tekniske universitet i München
• BSc og MSc maskinteknik med speciale i anvendt mekanik ved Ruhr University Bochum

Forbindelser til beslægtede videnskabelige discipliner

Forbindelser til andre videnskabelige discipliner opstår mellem klassisk mekanik og nogle videnskabelige discipliner samt mellem teknisk mekanik og ingeniørdiscipliner.

Forbindelser inden for naturvidenskab

I biologi er biomekanik en særlig anvendelse af mekanik og i kemi, reaktionskinetik , der omhandler reaktanters kinetiske energier og kemiske reaktioner.

I fysikkens teoretiske struktur er der forskellige forbindelser: Hamilton -mekanik er en meget generel formulering af klassisk mekanik, der indeholder både newtonsk mekanik og kvantemekanik som specialtilfælde. Systemer, der består af et stort antal legemer, kan teoretisk beskrives ved de enkelte legemers bevægelser. I praksis er løsningen af ​​de mange ligninger, der kræves hertil, ikke længere mulig fra et bestemt antal organer; statistisk mekanik behandler derefter udsagn om sådanne mangekropssystemer . Fra en størrelse på omkring 10 ²³ partikler stemmer forudsigelserne fra den statistiske mekanik meget godt overens med termodynamikkens . Relativitetsteorien indeholder klassisk mekanik som et specielt tilfælde for små hastigheder.

Forbindelser inden for teknik

Teknisk mekanik giver dybest set generelle beregningsmetoder uden at gå ind i særlige byggematerialer (kun parametre som styrke og elasticitet tages i betragtning, men ikke om det er træ eller stål) og omhandler ikke særlige komponenter.

Fund fra den uafhængige ingeniørdisciplin inden for materialeteknologi er integreret i styrketeorien , som er et område inden for teknisk mekanik.

Inden for maskinteknik er området maskinelementer (skruer, tandhjul osv.) Meget tæt på mekanik. Der er særlige ligninger til beregning af de nødvendige dimensioner for de respektive maskinelementer. Køredynamik er en del af både dynamik og køretøjsteknologi . Mekatronik er et tværfagligt felt, der består af dele fra mekanik / maskinteknik og elektroteknik. Specialiserede områder af tekniske mekanik i maskinindustrien er maskinens dynamik og rotor dynamik . I gasturbiner er væskemekanik (aerodynamik) så tæt forbundet med termodynamik, at der undertiden er tale om aero-termodynamik ^[8] .

I anlægsarbejder, strukturelle engineering er særlig tæt på strukturelle engineering . ^{[9] [10]} Dette tager højde for særegenhederne ved særlige byggematerialer og er opdelt i trækonstruktion og stålkonstruktion samt beton- og armeret betonkonstruktion , mens konstruktionsteknik skaber og leverer beregningsmetoder, der er uafhængige af byggemetoden ^{[ 11]} og er derfor en grundlæggende teknisk og videnskabelig disciplin ^[12] . Yderligere områder er jordmekanik , stenmekanik og underjordisk dynamik .

Weblinks

Wikibooks: Mekanik i flydende og gasformige organer - Lærings- og undervisningsmaterialer

Wikibooks: Mechanics of Real Bodies - Lærings- og undervisningsmaterialer

Wikibooks: Rigid Bodies Mechanics - Lærings- og undervisningsmaterialer

Wikisource: Mekanik - Kilder og fulde tekster

Wiktionary: Mechanics - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Individuelle beviser

1. ↑ Heinz Dieter Motz: Engineering Mechanics: Technical Mechanics for Study and Practice . Springer-Verlag, 8. marts 2013, ISBN 978-3-642-95761-1 , s.1.
2. ↑ Jürgen Mittelstraß: Den græske tankegang: Fra filosofiens fremkomst fra geometriens ånd . De Gruyter, 2014, ISBN 978-3-11-037062-1 , s.29 .
3. ↑ Sayir, forretningsmand: Ingeniørmekanik. Springer, 2015, 2. udgave, s.9.
4. ↑ R. Mahnken: Lærebog for de Tekniske Mechanics. Bind 1: Statik. Springer, 2012, s.5.
5. ↑ ^{a b} Georg Hamel : Elementary Mechanics . En lærebog. BG Teubner, Leipzig og Berlin 1912, s.   74 ( archive.org [åbnet 26. februar 2020]).  
6. ↑ Wolfgang Nolting: Grundkursus teoretisk fysik 2. Analytisk mekanik. 9. udgave, s. IX, 105 f.
7. ↑ Honerkamp, Römer: Klassisk teoretisk fysik. 4. udgave, forord og s. 69.
8. ^ Hans Rick: Gasturbiner og fremdrift af fly. Springer, 2013, s.35.
9. ↑ Dinkler: Grundlæggende i konstruktionsteknik. 4. udgave. Springer, 2016, s.3.
10. ^ Peter Marti : strukturanalyse. Ernst & Sohn , 2012, s.4.
11. ^ Peter Marti: strukturanalyse. Ernst & Sohn, 2012, s. 1.
12. ^ Karl-Eugen Kurrer : Historien om konstruktionsteknik. På jagt efter balance . Ernst & Sohn, 2016, s.15