Mechanika

Mechanika je obor fyziky, který se zabývá mechanickým pohybem, tedy přemísťováním těles v prostoru a čase a změnami velikostí a tvarů těles.

Mezi nejčastěji používané veličiny v mechanice patří poloha, rychlost, zrychlení, síla, energie a hybnost.

Inzerce

Mechanika patří k nejstarším oborům fyziky a od počátku byla úzce spojena s technickými aplikacemi, např. s tvorbou mechanických strojů.

Mechanika je založena na principech tvořících obecnější teorii (např. speciální teorie relativity, kvantová teorie, teorie chaosu).

Rozdělení mechaniky

Mechaniku lze dělit podle různých kritérií.

Podle vztahu k příčinám pohybu

Ve vztahu k příčinám studovaného pohybu lze mechaniku rozdělit na

• kinematiku – Kinematika popisuje pohyb těles bez ohledu na příčiny pohybu. Zabývá se studiem pohybu těles jen z geometrického a časového hlediska.
• dynamiku – Dynamika se zabývá příčinami pohybu. Studuje souvislosti mezi pohybem a silami, které pohyb způsobují. Speciálním případem dynamiky je statika, která se zabývá vyšetřováním rovnováhy sil.

Podle skupenství

Působení sil na tělesa různého skupenství se projevuje různě. Podle tohoto hlediska lze mechaniku rozdělit na

• mechaniku tuhého tělesa – zabývá se pevnými tělesy.
• hydromechaniku – zabývá se kapalinami.
• aeromechaniku – zabývá se plyny.

Podle způsobu aproximace reálného tělesa

Fyzikální přístup ke studiu reality umožňuje provádět zjednodušení při zachování dostatečné přesnosti výsledku (např. nahrazení planety pohybující se v gravitačním poli hmotným bodem může být v mnoha případech postačující). Tento přístup umožňuje rozdělit mechaniku na

• mechaniku hmotného bodu, můžeme-li zanedbat rozměry a tvar studovaného tělesa a nahradit jej hmotným bodem.
• mechaniku soustavy hmotných bodů, můžeme-li zanedbat rozměry a tvar jednotlivých těles (popř. částí tělesa) a nahradit je hmotnými body. Náhrada tělesa soustavou hmotných bodů umožňuje popsat složitější tělesa a zohlednit diskrétní strukturu hmoty.
• mechaniku kontinua, která zkoumá látku bez zřetele k její diskrétní struktuře. Tento přístup je výhodný např. při studiu deformací těles, tedy při zkoumání změn velikosti a tvaru těles. Tento přístup se používá také v reologii při vytváření reologických modelů.

Mechanika těles

Část mechaniky zabývající se zkoumáním vlastností a pohybu těles (nikoliv hmotných bodů) v prostoru a změnami jejich velikostí a tvarů bývá označována jako mechanika těles. Mechanika těles využívá nástrojů mechaniky soustavy hmotných bodů a mechaniky kontinua, tzn. reálná tělesa jsou nahrazována soustavou hmotných bodů nebo představou o spojitě rozložené hmotě (tzv. kontinuu). Vlastnosti tělesa jsou určovány podmínkami kladenými na vazby mezi jednotlivými hmotnými body soustavy popisující těleso (popř. viskozitou při popisu kontinuem). Síla těchto vazeb má úzký vztah ke skupenství tělesa. Podle těchto vazeb lze mechaniku těles dělit na

• mechaniku tuhého tělesa – Vazby v soustavě hmotných bodů jsou dokonale tuhé. Tuhá tělesa nejsou deformovatelná (nelze tedy změnit jejich tvar nebo objem), což znamená, že nepopisují přesně žádné reálné těleso (všechna reálná tělesa jsou totiž deformovatelná). Model tuhého tělesa je však možné využít k popisu rotace tělesa a vyšetřování problémů spojených s konečnými rozměry reálných těles. Model tuhého tělesa je obvykle dobře použitelný při popisu pevného skupenství látky.
• mechaniku pružného tělesa – Vazby v soustavě hmotných bodů nejsou dokonale tuhé, avšak jsou dostatečně tuhé, aby nedocházelo k tečení. Model pružného tělesa lze využít ke studiu pružnosti a pevnosti těles.
• mechaniku tekutin – Tekutiny (tedy kapaliny a plyny) jsou deformovatelné (tvarově nestálé), neboť se vyznačují zvláštním druhem mechanického pohybu, tzv. tečením. Mechanika tekutin se vzhledem k rozdílům mezi kapalinami a plyny dále dělí na
  • hydromechaniku – mechanika kapalin (vyznačují se malou stlačitelností, tedy objemovou stálostí)
  • aeromechaniku – mechanika plynů (jsou stlačitelné a vždy vyplňují celý prostor v němž se nachází)

Podle použitých fyzikálních principů

Podle fyzikálních principů, na nichž jsou vystavěny postupy lze mechaniku rozdělit na

• klasickou (Newtonova, nerelativistická) mechaniku – je založena na Newtonových pohybových zákonech. Zabývá se pomalu se pohybujícími (ve srovnání s rychlostí světla) makroskopickými tělesy.
• relativistickou mechaniku – je založena na teorii relativity, tedy na Einsteinových postulátech. Zabývá se rychle se pohybujícími (rychlost pohybu je srovnatelná s rychlostí světla) makroskopickými tělesy.
• kvantovou mechaniku – je založena na principech kvantové teorie. Zabývá se mikroskopickými tělesy. Obvykle bývá dále rozdělována na relativistickou a nerelativistickou v závislosti na tom,zda se zabývá pomalu nebo rychle se pohybujícími částicemi.

Aplikace mechaniky

• Dynamika rotorů
• Mechanický stroj – Mezi mechanické stroje se řadí především jednoduché stroje, převody a hydraulická a pneumatická zařízení.
• Gravitace
• Tření