mekanikk

Mekanikk (fra gammel gresk μηχανικὴ τέχνη

mechané , tysk 'maskin, kunstverk, driftsmåte' ) ^{[1] [2]} er studiet av kroppers bevegelse og deformasjon og kreftene som virker i dem innen naturvitenskap og ingeniørfag . I fysikk forstås vanligvis mekanikk som klassisk mekanikk . I delområdet teoretisk fysikk brukes begrepet ofte i forkortelse for teoretisk mekanikk . I ingeniørfag forstås det vanligvis som teknisk mekanikk , som bruker klassiske mekanikkers metoder og grunnleggende for å beregne maskiner eller strukturer.

Både relativitetsteorien og kvantemekanikken inneholder klassisk mekanikk som et spesielt tilfelle.

Klassisk mekanikk ble i hovedsak grunnlagt på 1600 -tallet av arbeidet til Isaac Newton og var dermed den første naturvitenskapen i moderne forstand (se History of Classical Mechanics ).

Underavdeling

Strukturering av mekanikken i fysikk avdeling
mekanikk                                             kinematikk Bevegelseslover uten krefter   dynamikk Effekten av Krefter                                             Statikk Krefter i balanse hvilende kropp   kinetikk Styrker endrer Bevegelsestilstand

Strukturering av mekanikken ved Institutt for ingeniørmekanikk
Teknisk mekanikk                                                           Statikk   dynamikk   Styrketeori                                             kinematikk   kinetikk

Mekanikk kan grovt deles inn i forskjellige underområder: Kinematikk omhandler bevegelse av organer og beskriver først og fremst kroppens bane , hastighet og akselerasjon uten å ta hensyn til masse eller krefter. Dynamikken utvider beskrivelsen av bevegelsene gjennom massen og de virkende kreftene . Dynamikken er ofte delt inn i statikk (krefter i likevekt) og kinetikk (krefter som ikke er i likevekt). I teknisk mekanikk ^[3] er de derimot også delt inn i kinematikk og kinetikk og forstått som et underområde som står ved siden av statikk.

I tillegg kan spesielle delområder av mekanikk klassifiseres etter mange forskjellige kriterier. ^[4]

Inndelingen som allerede er beskrevet ovenfor i henhold til hensynet til krefter resulterer i:

• Kinematikk - uten å ta hensyn til krefter
• Dynamikk - å ta hensyn til krefter

En klassifisering i henhold til aggregasjonstilstanden er som følger:

• Solid mekanikk ( solid mekanikk )
  • Mekanikk for stive legemer eller stereomekanikk ^[5] : Systemer med diskrete massepunkter og ikke-deformerbare legemer. Den er delt inn i punktmekanikk , som avstår fra selvrotasjoner av kroppen, og gyro-teorien , som konsentrerer seg om selvrotasjonene.
  • Mekanikk i elastiske kropper: Teorien om elastisitet omhandler elastiske deformasjoner, dvs. deformasjoner som trekker seg tilbake etter at kreftene som forårsaker dem har blitt trukket tilbake som en fjær. Et viktig delområde er elastostatikk for immobile kropper.
  • Mekanikk i plastlegemer: Teorien om plastisitet omhandler plastiske deformasjoner, dvs. deformasjoner som ikke trekker seg tilbake etter at årsakskreftene er trukket tilbake, for eksempel med varmt smør eller smiing.
• Væskemekanikk ( gasser og væsker ): Den kan videre inndeles i henhold til den interne friksjonen i mekanikken til ideelle gasser eller virkelige gasser og mekanikken til friksjonsfrie og viskøse væsker, samt i henhold til væsken og i henhold til bevegelsen i statisk (ubevegelig, stasjonær) og dynamikk (i bevegelse):
  • Væskestatikk : aerostatikk (for gasser), hydrostatikk (for væsker)
  • Væskedynamikk : aerodynamikk , hydrodynamikk

Klassifiseringen etter bruksområde fører til:

• Teoretisk mekanikk (også kalt "analytisk mekanikk"). I tillegg til inndelingen i kinematikk og dynamikk, kan formalismen også deles inn i: ^{[6] [7]}
  • Newtonsk mekanikk : Den eldste representasjonen som går tilbake til Isaac Newton . Det gjelder i referansesystemer uten trekkfrekvens ( treghetssystemer ). Å løse spesifikke problemer med begrenset mobilitet kan være svært tidkrevende.
  • Lagrange-formalisme : En representasjon som går tilbake til Joseph-Louis Lagrange og som også er gyldig i akselererte referanserammer. Den bruker generaliserte koordinater og gir en mye enklere løsning på mange problemer, f.eks. B. i systemer med mer enn to organer eller med bevegelsesbegrensninger.
  • Hamiltonsk mekanikk : En veldig generell representasjon av William Rowan Hamilton , som har fordeler innen himmelsk mekanikk og er egnet for tilkobling av kvantemekanikk i den teoretiske bygningen av fysikk.
• Teknisk mekanikk . Vanligvis delt inn i:
  • Statikk : Hvile stive kropper
  • Styrketeori : deformerbare faste legemer
  • Dynamikk : bevegelige kropper

En klassifisering i henhold til typen idealisering inkluderer:

• Punktmekanikk : Det ble grunnlagt av Isaac Newton og bruker høyest mulig idealisering av virkelige kropper som et massepunkt .
• Mekanikk i stive kropper eller stereomekanikk ^[5] : ikke-deformerbare kropper og systemer med massepunkter med seks frihetsgrader med underområdet gyroskopisk teori , som fokuserer på rotasjonsbevegelser med tre frihetsgrader.
• Kontinuummekanikk : kontinuerlig utvidede, deformerbare kropper, med underavdelingen:
  • Mekanikk i elastiske kropper: Teorien om elastisitet omhandler elastiske deformasjoner, dvs. deformasjoner som trekker seg tilbake etter at kreftene som forårsaker dem har blitt trukket tilbake som en fjær. Et viktig delområde er elastostatikk for immobile kropper.
  • Mekanikk i plastlegemer: Teorien om plastisitet omhandler plastiske deformasjoner, dvs. deformasjoner som ikke trekker seg tilbake etter at årsakskreftene er trukket tilbake, som med varmt smør eller smiing.
  • Væskemekanikk og gassdynamikk (væskemekanikk): væsker , gasser og plasma
• Statistisk mekanikk (også statistisk termodynamikk): statistisk interaksjon mellom mange massepunkter, med spesiell referanse til termodynamikk . Statistisk mekanikk er en gren av statistisk fysikk .

studere

Mekanikk undervises på den ene siden som en del av fysikkkurset og på den andre siden som en del av ingeniøropplæringen, for eksempel i maskinteknikk eller sivilingeniør . Det er også noen få spesialkurs i mekanikk, hvorav noen kalles Applied Mechanics :

• Master of Science (MSc) Mechanics fra Ecole Polytechnique , Frankrike
• MSc Mechanics ved Universite Paris-Saclay , Frankrike
• MSc Applied Mechanics ved TU Chalmers , Sverige
• Studieområde Mekanikk med Bachelor of Science (BSc) Applied Mechanics og MSc Mechanics ved TU Darmstadt
• MSc Computational Mechanics ved University of Duisburg-Essen
• MSc Computational Mechanics ved det tekniske universitetet i München
• BSc og MSc maskinteknikk med spesialisering i anvendt mekanikk ved Ruhr University Bochum

Koblinger til beslektede vitenskapelige disipliner

Koblinger til andre vitenskapelige disipliner oppstår mellom klassisk mekanikk og noen vitenskapelige disipliner, samt mellom teknisk mekanikk og ingeniørfag.

Forbindelser innen naturvitenskap

I biologi er biomekanikk en spesiell anvendelse av mekanikk, og i kjemi, reaksjonskinetikk , som omhandler den kinetiske energien til reaktanter og kjemiske reaksjoner.

I fysikkens teoretiske struktur er det forskjellige sammenhenger: Hamilton -mekanikk er en veldig generell formulering av klassisk mekanikk som inneholder både newtonsk mekanikk og kvantemekanikk som spesialtilfeller. Systemer som består av et stort antall legemer kan teoretisk beskrives av bevegelsene til de enkelte kroppene. I praksis er løsningen på de mange likningene som kreves for dette ikke lenger mulig fra et visst antall legemer; statistisk mekanikk behandler deretter uttalelser om slike mange-kroppssystemer . Fra en størrelse på omtrent 10 ²³ partikler stemmer spådommene til statistisk mekanikk veldig godt med termodynamikkens . Relativitetsteorien inneholder klassisk mekanikk som et spesielt tilfelle for små hastigheter.

Tilkoblinger innen ingeniørfag

Teknisk mekanikk gir i utgangspunktet generelle beregningsmetoder uten å gå inn på spesielle konstruksjonsmaterialer (bare parametere som styrke og elastisitet tas i betraktning, men ikke om det er tre eller stål) og omhandler ikke spesielle komponenter.

Funn fra den uavhengige ingeniørdisiplinen materialteknologi er integrert i styrketeorien , som er et fagfelt innen teknisk mekanikk.

I maskinteknikk er feltet maskinelementer (skruer, tannhjul, etc.) veldig nær mekanikk. Det er spesielle ligninger for å beregne nødvendige dimensjoner for de respektive maskinelementene. Kjøredynamikk er en del av både dynamikk og kjøretøyteknologi . Mekatronikk er et tverrfaglig felt som består av deler fra mekanikk / maskinteknikk og elektroteknikk. Spesialiserte områder av tekniske mekanikken i maskinteknikk er maskin dynamikk og rotordynamikk . I gassturbiner er væskemekanikk (aerodynamikk) så nært knyttet til termodynamikk at det noen ganger er snakk om aero-termodynamikk ^[8] .

Sivilingeniør, konstruksjons er ingeniør spesielt nær konstruksjonsteknikk . ^{[9] [10]} Dette tar hensyn til særegenheter ved spesielle byggematerialer og er inndelt i trekonstruksjon og stålkonstruksjon samt betong og armeret betongkonstruksjon , mens konstruksjonsteknikk skaper og gir beregningsmetoder som er uavhengige av byggemetoden ^{[ 11]} og er derfor en grunnleggende teknisk og vitenskapelig disiplin ^[12] . Ytterligere områder er jordmekanikk , bergmekanikk og undergrunnsdynamikk .

weblenker

Individuelle bevis

1. ^ Heinz Dieter Motz: Engineering Mechanics: Technical Mechanics for Study and Practice . Springer-Verlag, 8. mars 2013, ISBN 978-3-642-95761-1 , s.1 .
2. ↑ Jürgen Mittelstraß: Den greske tankegangen: Fra filosofiens fremvekst fra geometriens ånd . De Gruyter, 2014, ISBN 978-3-11-037062-1 , s.29 .
3. ↑ Sayir, forretningsmann: Ingeniørmekanikk. Springer, 2015, 2. utgave, s.9.
4. ↑ R. Mahnken: Textbook of Technical Mechanics. Bind 1: Statikk. Springer, 2012, s.5.
5. ↑ ^{a b} Georg Hamel : Elementary Mechanics . En lærebok. BG Teubner, Leipzig og Berlin 1912, s.   74 ( archive.org [åpnet 26. februar 2020]).  
6. ^ Wolfgang Nolting: Grunnkurs teoretisk fysikk 2. Analytisk mekanikk. 9. utgave, s. IX, 105 f.
7. ↑ Honerkamp, Römer: Klassisk teoretisk fysikk. 4. utgave, forord og s. 69.
8. ^ Hans Rick: Gasturbiner og fremdrift av fly. Springer, 2013, s.35.
9. ↑ Dinkler: Grunnleggende konstruksjonsteknikk. 4. utgave. 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 konstruksjonsteknikk. På jakt etter balanse . Ernst & Sohn, 2016, s.15