La mécanique est la branche de la physique traitant du mouvement des objets. Comprendre la mécanique est essentiel pour tout futur scientifique, ingénieur ou humain curieux qui veut trouver, par exemple, la meilleure façon de tenir une clé lors du changement d'un pneu.
Les sujets communs dans l'étude de la mécanique incluent les lois de Newton, forces, cinématique linéaire et rotationnelle, moment, énergie et ondes.
Lois de Newton
Entre autres contributions, Sir Isaac Newton a développé trois lois du mouvement qui sont cruciales pour comprendre la mécanique.
Newton a également formulé la loi universelle de la gravitation, qui aide à décrire l'attraction entre deux objets quelconques et les orbites des corps dans l'espace.
Les lois de Newton font un si bon travail en prédisant le mouvement de des objets que les gens appellent souvent ses lois et les prédictions qui en découlent comme mécanique newtonienne ou mécanique classique. Cependant, ces calculs ne décrivent pas précisément le monde physique dans toutes les conditions, y compris lorsqu'un objet se déplace près de la vitesse de la lumière ou travaille à une échelle incroyablement petite - la relativité restreinte et la mécanique quantique sont des domaines qui permettent aux physiciens d'étudier le mouvement dans l'univers au-delà de ce que Newton pourrait étudier. Les forces provoquent Les différents types de forces qu'un étudiant du secondaire ou du collège d'introduction sont sûrs de rencontrer incluent: les forces gravitationnelles, de friction, de tension, élastiques, appliquées et de ressort. Les physiciens dessinent ces forces agissant sur les objets dans des diagrammes spéciaux appelés diagrammes de corps libre Les lois de Newton nous disent qu'une force nette fera changer la vitesse d'un objet, ce qui peut signifier sa la vitesse change ou Une force nette La cinématique est une branche de la physique qui permet de décrire le mouvement simplement en appliquant un ensemble d'équations. La cinématique ne fait pas du tout référence aux forces sous-jacentes, la cause du mouvement. C'est pourquoi la cinématique est également considérée comme une branche des mathématiques. Il existe quatre équations cinématiques principales, parfois appelées équations du mouvement. Les quantités qui peuvent être exprimées dans les équations cinématiques décrire le mouvement line__ar Deux autres sujets qui relèvent de la mécanique de la physique sont l'impulsion et l'énergie. Ces deux quantités sont conservées, Les lois de la conservation de l'énergie et de la conservation de la quantité de mouvement permettent aux physiciens de prédire la vitesse, le déplacement et d'autres aspects du mouvement de divers objets qui interagissent les uns avec les autres, comme une planche à roulettes roulant sur une rampe ou des boules de billard entrant en collision. Le moment d'inertie est un concept clé pour comprendre le mouvement de rotation de différents objets. C'est une quantité basée sur la masse, le rayon et l'axe de rotation d'un objet qui décrit à quel point il est difficile de changer sa vitesse angulaire - en d'autres termes, à quel point il est difficile d'accélérer ou de ralentir sa rotation. Encore une fois, puisque le mouvement de rotation est analogue Les vagues sont un sujet spécial en physique. Une onde mécanique fait référence à une perturbation qui transfère de l'énergie à travers la matière - une onde d'eau ou une onde sonore en sont deux exemples. Le mouvement harmonique simple est un autre type de mouvement périodique dans lequel une particule ou un objet oscille autour d'un point fixe . Les exemples incluent un pendule à petit angle oscillant d'avant en arrière ou un ressort hélicoïdal rebondissant de haut en bas comme décrit par la loi de Hooke Les quantités typiques utilisées par les physiciens pour étudier les vagues et les mouvements périodiques sont des périodes fréquence, vitesse et longueur d'onde. Les ondes électromagnétiques, ou lumière, sont un autre type d'ondes qui peuvent traverser l'espace vide parce que l'énergie est transportée non pas par la matière, mais par des champs oscillants. ( Oscillation La physique est une science très mathématique. La résolution de problèmes mécaniques nécessite la connaissance de: La portée d'un cours de physique au secondaire ou au collège comprend généralement deux niveaux de difficulté dans l'analyse des situations mécaniques : regarder un mouvement unidimensionnel (plus facile) et un mouvement bidimensionnel (plus difficile). Un mouvement dans une dimension signifie que l'objet se déplace le long d'une ligne droite. Ces types de problèmes physiques peuvent être résolus en utilisant l'algèbre. Le mouvement en deux dimensions décrit quand le mouvement d'un objet a à la fois une composante verticale et horizontale. Autrement dit, il se déplace dans deux directions à la fois . Le mouvement du projectile est un exemple courant de deux dimensions mouvement. Le mouvement de projectile est tout type de mouvement où la seule force agissant sur l'objet est la gravité. Par exemple: une balle lancée en l'air, une voiture qui roule d'une falaise ou une flèche tirée sur une cible. Dans chacun de ces cas, le trajet de l'objet dans l'air trace la forme d'un arc, se déplaçant à la fois horizontalement et verticalement (soit vers le haut puis vers le bas, soit juste vers le bas).
Forces
le mouvement. Une force est essentiellement une poussée ou une traction.
ou diagrammes de force
. De tels diagrammes sont essentiels pour trouver la force nette sur un objet, qui à son tour détermine ce qui se passe à son mouvement.
sa direction change. Aucune force nette ne signifie que l'objet reste tel qu'il est: se déplaçant à une vitesse constante ou au repos.
est la somme de plusieurs forces agissant sur un objet, comme deux des équipes de tir à la corde tirant sur une corde dans des directions opposées. L'équipe qui tire le plus fort gagnera, ce qui entraînera plus de force dirigée vers elle; c'est pourquoi la corde et l'autre équipe finissent par accélérer dans cette direction.
Cinématique linéaire et rotationnelle
(mouvement en ligne droite), mais chacun d'eux peut également être exprimé pour le mouvement rotationnel
(également appelé mouvement circulaire) en utilisant des valeurs analogues. Par exemple, une balle roulant le long du sol de façon linéaire aurait une vitesse linéaire v
, ainsi qu'une vitesse angulaire ω
, qui décrit sa vitesse de rotation. Et tandis qu'une force nette
provoque un changement de mouvement linéaire, un couple net
provoque un changement dans la rotation d'un objet.
Momentum et énergie
ce qui signifie, dans un système fermé, que la quantité totale d'impulsion ou d'énergie ne peut pas changer. Nous appelons ces types de lois des lois de conservation. Une autre loi de conservation commune, généralement étudiée en chimie, est la conservation de la masse.
Moment d'inertie
au mouvement linéaire, le moment d'inertie est analogue au concept linéaire d'inertie, comme indiqué par la première loi de Newton. Plus de masse et un rayon plus grand donnent à un objet un moment d'inertie plus élevé, et vice versa. Rouler un boulet de canon extra-large dans un couloir est plus difficile que rouler un volley-ball!
Vagues et mouvement harmonique simple
.
est un autre terme pour vibration.
) Alors que la lumière agit comme une onde et que ses propriétés peuvent être mesurées avec les mêmes quantités qu'une onde classique, elle agit également comme une particule, nécessitant une certaine physique quantique pour décrire. Ainsi, la lumière ne s'intègre pas entièrement dans l'étude de la mécanique classique.
Les mathématiques en mécanique classique
Mouvement unidimensionnel vs Mouvement en deux dimensions
Ces types de problèmes peuvent être à plusieurs étapes et peuvent nécessiter une trigonométrie.
