Ποια είναι τα Τμήματα της Μηχανικής;

Το κλάδους της μηχανικής πιο ανεπτυγμένες και γνωστές είναι η στατική, η δυναμική ή η κινητική και η κινηματική. Μαζί αποτελούν ένα χώρο επιστήμης που σχετίζεται με τη συμπεριφορά των σωματικών οντοτήτων τη στιγμή που ωθούνται από δυνάμεις ή κατολισθήσεις.

Ομοίως, οι μηχανικοί μελετούν τις συνέπειες των σωματικών οντοτήτων στο περιβάλλον τους. Η επιστημονική πειθαρχία έχει τις ρίζες της στην αρχαία Ελλάδα με τα γραπτά του Αριστοτέλη και του Αρχιμήδη.

Κατά τη διάρκεια της πρώιμης σύγχρονης περιόδου, ορισμένοι διάσημοι επιστήμονες όπως ο Isaac Newton και ο Galileo Galilei εγκατέστησαν αυτό που σήμερα είναι γνωστό ως κλασική μηχανική.

Πρόκειται για κλάδο της κλασικής φυσικής που ασχολείται με άτομα που είναι ακίνητα ή που πέφτουν αργά, σε ταχύτητες που είναι σαφώς χαμηλότερες από την ταχύτητα του φωτός.

Ιστορικά, η κλασσική μηχανική ήρθε πρώτη, ενώ η κβαντική μηχανική είναι μια σχετικά πρόσφατη εφεύρεση.

Η κλασική μηχανική προέρχεται από τους νόμους της κίνησης του Isaac Newton ενώ η κβαντική μηχανική ανακαλύφθηκε στις αρχές του 20ού αιώνα.

Η σημασία της μηχανικής είναι ότι, είτε κλασική ή κβαντική, είναι η πιο σίγουρη γνώση που υπάρχει για τη σωματική φύση και ήταν ιδιαίτερα θεωρείται ως πρότυπο για άλλες λεγόμενες θετικές επιστήμες όπως τα μαθηματικά, τη φυσική, τη χημεία και τη βιολογία.

Κύριοι κλάδοι της μηχανικής

Οι μηχανικοί έχουν πολλές χρήσεις στον σύγχρονο κόσμο. Η ποικιλία των τομέων σπουδών του τον οδήγησε να διαφοροποιήσει ώστε να συμπεριλάβει την κατανόηση των διαφόρων θεμάτων που βασίζονται σε άλλους κλάδους. Κάτω από τους κύριους κλάδους της μηχανικής.

Στατικό

Η στατική, στη φυσική, είναι ο κλάδος της μηχανικής που είναι υπεύθυνος για τις δυνάμεις που λειτουργούν σε ακίνητες σωματικές οντότητες σε συνθήκες ισορροπίας.

Τα θεμέλιά του ιδρύθηκαν πριν από 22.200 χρόνια από τον αρχαίο Έλληνα μαθηματικό Αρχιμήδη και άλλους, μελετώντας τα χαρακτηριστικά ενίσχυσης των απλών μηχανικών δυνάμεων όπως ο μοχλός και ο άξονας.

Οι μέθοδοι και τα αποτελέσματα της επιστήμης των στατικών έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα χρήσιμα για το σχεδιασμό κτιρίων, γεφυρών και φραγμάτων, καθώς και για γερανούς και άλλες παρόμοιες μηχανικές συσκευές.

Προκειμένου να υπολογιστούν οι διαστάσεις τέτοιων δομών και μηχανών, οι αρχιτέκτονες και οι μηχανικοί πρέπει πρώτα να προσδιορίσουν τις δυνάμεις που παρεμβαίνουν στα διασυνδεδεμένα μέρη τους.

• Στατικές συνθήκες

1. Το στατικό παρέχει τις απαραίτητες αναλυτικές και γραφικές διαδικασίες για τον εντοπισμό και την περιγραφή αυτών των άγνωστων δυνάμεων.
2. Το στατικό υποθέτει ότι τα σώματα με τα οποία ασχολείται είναι άκαμπτα.
3. Υποστηρίζει επίσης ότι η προσθήκη όλων των δυνάμεων που λειτουργούν σε μια οντότητα σε κατάσταση ηρεμίας πρέπει να είναι μηδέν και ότι δεν πρέπει να υπάρχει τάση δυνάμεων να περιστρέφουν το σώμα γύρω από κάθε άξονα.

Αυτές οι τρεις συνθήκες είναι ανεξάρτητες το ένα από το άλλο και η έκφρασή τους σε μαθηματική μορφή περιλαμβάνει εξισώσεις ισορροπίας. Υπάρχουν τρεις εξισώσεις, έτσι μπορούν να υπολογιστούν μόνο τρεις άγνωστες δυνάμεις.

Εάν υπάρχουν περισσότερες από τρεις άγνωστες δυνάμεις, αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν περισσότερα εξαρτήματα στη δομή ή στη μηχανή που απαιτούνται για τη στήριξη των φορτίων που εφαρμόζονται ή ότι υπάρχουν περισσότεροι περιορισμοί από τους απαραίτητους για την αποφυγή κίνησης του σώματος..

Τέτοιες περιττές συνιστώσες ή περιορισμοί ονομάζονται περιττές (για παράδειγμα, ένας πίνακας με τέσσερα σκέλη έχει περιττό πόδι) και λέγεται ότι η μέθοδος δύναμης είναι στατικά αόριστη.

Δυναμική ή κινητική

Η δυναμική είναι ο κλάδος της φυσικής επιστήμης και της υποδιαίρεσης της μηχανικής που κυριαρχεί στη μελέτη της κίνησης των υλικών αντικειμένων σε σχέση με τους φυσικούς παράγοντες που τις επηρεάζουν: δύναμη, μάζα, ορμή, ενέργεια.

Η κινητική είναι ο κλάδος της κλασικής μηχανικής που αναφέρεται στην επίδραση των δυνάμεων και των ζευγαριών στην κίνηση των σωμάτων που έχουν μάζα.

Οι συγγραφείς που χρησιμοποιούν τον όρο "κινητική" εφαρμόζουν δυναμική στην κλασική μηχανική των κινούμενων σωμάτων. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το στατικό, το οποίο αναφέρεται σε σώματα σε κατάσταση ηρεμίας, σε συνθήκες ισορροπίας.

Περιλαμβάνουν, στη δυναμική ή στην κινητική, την περιγραφή της κίνησης όσον αφορά τη θέση, την ταχύτητα και την επιτάχυνση, εκτός από την επίδραση δυνάμεων, ζευγών και μαζών.

Οι συγγραφείς δεν χρησιμοποιούν τον όρο κινητική χωρίζεται κλασική μηχανική στην κινηματική και δυναμική, συμπεριλαμβανομένων των στατικών ως ειδική περίπτωση της δυναμικής με την οποία η προσθήκη των δυνάμεων και το άθροισμα των ροπών είναι μηδέν.

Ίσως σας ενδιαφέρει 10 παραδείγματα κινητικής ενέργειας στην καθημερινή ζωή.

Κινηματική

Κινηματική είναι ένας κλάδος της φυσικής και μια υποδιαίρεση της κλασικής μηχανικής που σχετίζονται με τη γεωμετρικά πιθανή κίνηση ενός σώματος ή σύστημα οργάνων χωρίς να λάβει υπόψη συμμετέχουν οι δυνάμεις, δηλαδή, τα αίτια και τις συνέπειες των μετακινήσεων.

Η κινηματική σκοπός είναι να παράσχει μια περιγραφή της χωρικής θέσης των σωμάτων ή συστημάτων σωματιδίων υλικού, της ταχύτητας με την οποία κινούνται τα σωματίδια (ταχύτητα) και της ταχύτητας με την οποία αλλάζει η ταχύτητά τους (επιτάχυνση).

Όταν δεν λαμβάνονται υπόψη οι αιτιώδεις δυνάμεις, οι περιγραφές της κίνησης είναι δυνατές μόνο για τα σωματίδια που έχουν περιορισμένη κίνηση, δηλαδή αυτή η κίνηση σε ορισμένες τροχιές. Στην κίνηση χωρίς περιορισμούς ή ελεύθερη, οι δυνάμεις καθορίζουν το δρόμο της διαδρομής.

Για ένα σωματίδιο που κινείται σε μια ευθεία διαδρομή, ένας κατάλογος των αντίστοιχων θέσεων και χρόνων θα αποτελούσε ένα κατάλληλο σχήμα για να περιγράψει την κίνηση του σωματιδίου.

Μια συνεχής περιγραφή θα απαιτούσε έναν μαθηματικό τύπο που θα εκφράζει τη θέση από την άποψη του χρόνου.

Όταν ένα σωματίδιο κινείται σε μια καμπύλη διαδρομή, η περιγραφή της θέσης του γίνεται πιο περίπλοκη και απαιτεί δύο ή τρεις διαστάσεις.

Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι συνεχείς περιγραφές με τη μορφή ενός μόνο γράφου ή μαθηματικού τύπου δεν είναι εφικτές.

• Παράδειγμα κινηματικής

Η θέση ενός σωματιδίου κινείται σε ένα κύκλο, για παράδειγμα, μπορεί να περιγραφεί από ένα περιστρεφόμενο ακτίνα του κύκλου, όπως της ακτίνας του τροχού με το ένα άκρο στερεωμένο στο κέντρο του κύκλου και το άλλο άκρο προσαρτημένο στο σωματίδιο.

Η ακτίνα περιστροφής είναι γνωστή ως φορέα για τη θέση των σωματιδίων και, αν η γωνία μεταξύ αυτής και ενός σταθερού ακτίνα ως συνάρτηση του χρόνου είναι γνωστή, μπορεί κανείς να υπολογίσει το μέγεθος της ταχύτητας και της επιτάχυνσης του σωματιδίου.

Ωστόσο, η ταχύτητα και η επιτάχυνση έχουν κατεύθυνση και μέγεθος. Η ταχύτητα είναι πάντα εφαπτόμενη στην τροχιά, ενώ η επιτάχυνση έχει δύο συνιστώσες, μία εφαπτομένη στην τροχιά και η άλλη κάθετη στην εφαπτομένη.

Αναφορές

1. Beer, F.P. & Johnston Jr, Ε.Ρ. (1992). Στατική και Μηχανική των Υλικών. McGraw-Hill, Inc..
2. Ντούγκας, Ρεν. Ιστορία της Κλασικής Μηχανικής. Νέα Υόρκη, ΝΥ: Dover Publications Inc, 1988, σελ. 19.
3. David L. Goodstein. (2015). Μηχανική 04 Αυγούστου, 2017, από Encyclopædia Britannica, inc. Ιστοσελίδα: britannica.com.
4. Οι συντάκτες της Encyclopædia Britannica. (2013). Κινηματική. 04 Αυγούστου, 2017, από Encyclopædia Britannica, inc. Ιστοσελίδα: britannica.com.
5. Οι συντάκτες της Encyclopædia Britannica. (2016). Κινητική. 04 Αυγούστου, 2017, από Encyclopædia Britannica, inc. Ιστοσελίδα: britannica.com.
6. Οι συντάκτες της Encyclopædia Britannica. (2014). Στατική. 04 Αυγούστου, 2017, από Encyclopædia Britannica, inc. Ιστοσελίδα: britannica.com.
7. Rana, N.C., και Joag, P.S. Κλασική Μηχανική West Petal Nagar, Νέο Δελχί. Tata McGraw-Hill, 1991, σελ. 6.