Klassinen mekaniikka

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Klassisen mekaniikan avulla voidaan ennustaa kappaleiden paikka tietyllä ajan hetkellä.

Klassinen mekaniikka on fysikaalinen teoria, joka kuvaa makroskooppisten kappaleiden liikettä ja siihen liittyviä ilmiöitä. Sen perusteet esitti Isaac Newton vuonna 1687 julkaisemassaan teoksessa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (usein lyhyesti Principia. Newtonin mekaniikkaa pidetään usein synonyymina klassiselle mekaniikalle, mutta todellisuudessa se on vain yksi klassisen mekaniikan muotoiluista, joista muita ovat Lagrangen mekaniikka ja Hamiltonin mekaniikka.

Ennen Newtonin aikaa oli oletettu, että kuunylinen eli taivaankappaleiden liike noudattaa aivan eri lakeja kuin maanpäällisten kappaleiden kuunalinen liike. Newton kuitenkin osoitti, että samat mekaniikan peruslait sekä gravitaatiolaki koskevat kumpaakin. Klassiseen mekaniikkaan perustuvatkin sekä suuri osa teknologiaa että taivaankappaleiden liikkeiden laskenta eli taivaanmekaniikka. Sitä voidaan soveltaa niin ammusten liikkeisiin ja kaikkinaisten koneiden toimintaan kuin planeetojen, tähtien ja galaksienkin liikkeisiin. Klassien mekaniikan eräitä erikoisaloja sovelletaan myös nesteiden ja kaasujen liikkeisiin.

Klassinen mekaniikka kuvaa kappaleiden liikettä huomattavan suurella tarkkuudella edellyttäen, että kysymys on huomattavasti yksittäistä atomia suuremmista kappaleista ja että niiden nopeus on paljon pienempi kuin valonnopeus. On kuitenkin osoittautunut, että hyvin suurella nopeudella (suunnilleen yli yksi kymmenesosa valonnopeudesta) liikkuviin kappaleisiin Newtonin mekaniikka ei sovellu, vaan tällöin on sovellettava suppeaa suhteellisuusteoriaa. Pienellä nopeudella liikkuviin kappaleisiin sovellettuna suhteellisuusteoria johtaa kuitenkin suurella tarkkuudella yhtäpitäviin tuloksiin Newtonin mekaniikan kanssa, jota tämän vuoksi voidaan edelleen käyttää. Yleinen suhteellisuusteoria taas kuvaa gravitaatiota tarkemmin kuin Newtonin gravitaatiolaki. Klassinen mekaniikka ei myöskään sovellu atomin suuruusluokkaa oleviin tai vielä pienempiin kappaleisiin, vaan tällöin on käytettävä kvanttimekaniikkaa.

Nimitys klassinen mekaniikka tuli käyttöön 1900-luvun alkupuolella sen jälkeen, kun suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka olivat tulleet tunnetuiksi. Termillä tarkoitettiin mekaniikkaa sellaisena kuin se oli ollut tunnettu ennen näitä fysiikan perusteita suuresti muuttaneita teorioita. Nykyisin luetaan usein suhteellisuusteoriakin osaksi klassista mekaniikkaa, joka tällöin käsitetään nimenomaan kvanttimekaniikan vastakohdaksi.

Osa-alueet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Klassinen mekaniikka voidaan jakaa kolmeen eri osa-alueeseen: kinematiikkaan, dynamiikkaan ja statiikkaan.[1]

Kinematiikan peruslakeja ovat matkan, nopeuden, vauhdin sekä kiihtyvyyden määrittelyt. Dynamiikan peruslakeja ovat Newtonin kolme lakia: jatkavuuden laki, voiman ja sen aiheuttaman kiihtyvyyden keskinäinen riippuvuus sekä voiman ja vastavoiman laki. Statiikan peruslähtökohtana on, että kappaleeseen vaikuttavien voimien summan on oltava 0, jotta kappale olisi tasapainossa.

Nesteiden mekaniikkaa sanotaan hydromekaniikaksi (hydrostatiikka ja virtausdynamiikka), kaasujen aero-mekaniikaksi (aerostatiikka ja aerodynamiikka).

Matemaattisen lähestymistavan mukaan mekaniikka voidaan jakaa kolmeen tapaukseen:

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. D.C. Ghosh, N.C. Ghosh ja P.K. Haldar: Engineering Physics, s. 1. Firewall Media, 2008. ISBN 9788131803660. (englanniksi)

Kirjallisuutta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Karttunen, Hannu: Fysiikka. Tiedettä kaikille. Ursan julkaisuja 89. Helsingissä: Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 2006. ISBN 952-5329-32-1.
  • Fetter, Alexander L. ja Walecka, John Dirk: Fysiikka. Theoretical Mechanics of Particles and Continua. Dover Publications, 2003. ISBN 9780486432618.
  • Thuneberg, Erkki: Analyyttinen mekaniikka (pdf) (Analyyttisen mekaniikan luentomoniste) Oulun yliopisto.
Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.