Corbas
balisticas
de projectils calculadas segon lei leis de la mecanica classica.
La
mecanica classica
es un domeni de la fisica qu'es basada sus lei teorias d'
Isaac Newton
. Permet de descriure lo movement d'un objecte macroscopic que sa
velocitat
demora febla a respect de la velocitat de la
lutz
. Desvolopat a partir dau segle XVII, foguet la basa de la fisica fins a la fin dau segle XIX e l'aparicion de la
mecanica quantica
e de la
relativitat generala
. Considerat coma un cas particular d'aquelei teorias, demora forca utilizat per leis
engenhaires
e per certanei scientifics car es totjorn ben adaptat per depintar lo movement dins lei condicions usualas de la vida vidanta.
Retrach dau
filosof
grec
Aristotel
que foguet lo premier de prepausar d'ideas abstrachas per descriure lo movement deis objectes.
Tre l'
Antiquitat
, diverseis intellectuaus (
filosofs
,
engenhaires
...) prepauseron d'ideas per descriure lo foncionament de fenomens naturaus. Pasmens, maugrat un nombre important de teorias variadas, se fau subretot destriar lo trabalh d'
Aristotel
car sa pensada e sei desvolopaments vengueron la norma en
Europa
e en
Orient Mejan
fins a la
Renaissenca
[1]
.
A respecte de la mager part dei proposicions concurrentas, la mecanica aristoteliciana era basada sus l'idea ? concepte forca novator durant l'Antiquitat ? que de leis abstrachas devian regir lo foncionament de la natura. De mai, era basada sus la
logica
e sus l'observacion. Ansin,
Aristotel
e sei disciples acomenceron d'estudiar lo movement deis objectes. Destrieron lei nocions de ≪ movement naturau ≫ (qu'es responsable dau retorn deis objectes a son ponch de partenca) e de ≪ movement forcat ≫ (qu'es responsable dei movements impulsats d'un objecte a un autre). Amb aquo, establigueron lo fach qu'un movement non naturau s'arrestava quand lei forcas a l'origina dau desplacament disapareisson. Puei, postuleron l'existencia d'un vuege ipotetic ont un objecte devia demorar immobil o tombar amb una
velocitat
infinida, co qu'era una teoria relativament procha de la nocion contemporanea d'
inercia
. Lo movement era alora explicat per la creacion d'un vuege en avans de l'objecte que son rempliment per l'er permetia de crear un vent entretenent lo movement.
Apres la
mort
de son fondator, lo trabalh d'
Aristotel
conoguet mai d'un aprigondiment per explicar de movements pus complexs coma aqueu d'una sageta tirada per un
arc
. La mecanica aristoteliciana foguet adoptada per
Platon
qu'estudiet lei movements circulars. Pasmens, lei successors de
Platon
eran pas d'acordi ambe certaneis aspects de la teoria d'
Aristotel
e au segle VI, aparegueron lei premierei versions de la
teoria deis impetus
. Predominanta fins a la
Renaissenca
, aquela teoria remplacet lo vuege ipotetic d'
Aristotel
per l'existencia d'una forca dicha impetus que permetia de mantenir un movement fins a son agotament. L'intensitat de l'impetus despendia de l'accion iniciala a l'origina dau movement
[2]
.
Retrach d'
Isaac Newton
(
1643
-
1727
).
Au comencament dau segle XVII, la descuberta dau
telescopi
permetet a
Galileo Galilei
(
1564
-
1642
) de realizar d'observacions
astronomicas
(
Jupiter
e sei lunas, la
Luna
... etc.) que confirmeron lo model eliocentric prepausat per
Nicolau Copernic
(
1473
-
1543
)
[3]
.
Galilei
estudiet tanben la tombada deis objectes. Seis experiencias li permeteron d'establir la premiera teoria moderna de l'
acceleracion
e la rotacion uniforma de la
Terra
.
A partir d'aquelei trabalhs,
Isaac Newton
(
1643
-
1727
) capitet d'unificar lei tres leis principalas dau movement (la
lei de l'inercia
, la
segonda lei de Newton
e la
lei de l'accion e de la reaccion
) e de leis utilizar per resouvre plusors problemas importants de la mecanica dau periode
[4]
. Puei, de leis similaras fogueron establidas per d'autrei domenis de la
fisica
, co que permetet la formacion progressiva de la mecanica classica.
Aquela evolucion contuniet fins au comencament dau segle XIX e lo perfeccionament continu deis otis
matematics
(mecanica lagrangiana, mecanica hamiltoniana... etc.) permetet d'aplicar la mecanica classica a la mager part dei fenomens estudiats per lei
fisicians
. Pasmens, a la fin dau segle, mau capitet d'explicar certanei fenomens observats dins de sistemas infinidament pichons (problema dau
cors negre
... etc.
[5]
) o dins de sistemas infinidament grands (
electromagnetisme
, movement de
Mercuri
a l'entorn dau
Soleu
...
[6]
). Aquelei limits entraineron lo desvolopament de la
mecanica quantica
e de la
relativitat generala
que s'aplican respectivament ai problemas regardant l'infinidament pichon e ais objectes amb una velocitat procha de la velocitat de la
lutz
.
Domenis d'aplicacion dei diferentei teorias fisicas.
Uei, la mecanica classica fa partida de la
mecanica quantica
e es plus una teoria independenta. Pasmens, es totjorn utilizada per depintar lo movement d'objectes non infinidament pichons e amb una velocitat pas procha de la velocitat de la
lutz
. Ansin, es encara forca utilizada per la mager part dei
scientifics
e deis
engenhaires
.
La mecanica classica estudia principalament lo desplacament d'objectes pontuaus a partir d'un nombre reduch de parametres que son sa posicion dins l'espaci, sa
massa
e lei forcas que li son aplicadas. En mai, dos principis governan lo desplacament d'un objecte. Lo premier es la conservacion de l'
energia
. Lo segond es lo principi de localitat que dona que leis objectes son unicament influenciats per leis objectes situats a proximitat. Per depintar lo movement d'objectes non pontuaus, fau ajustar d'autrei parametres coma sa rotacion.
Per situar un ponch dins l'espaci, la mecanica classica utiliza un ensems de sistemas de referenciau dichs referenciaus inerciaus. Dins aqueu tipe de referenciau, l'
acceleracion
d'un objecte somes a ges de forca o a de forcas se compensant es nulla. Aquo permet una expression relativament simpla dei leis depintant lo movement.
De referenciaus non inerciaus existisson tanben. Son en acceleracion a respect d'un referenciau inerciau. Aquo permet donc de representar leis efects d'aquela acceleracion coma una forca d'inercia e de gardar l'aspect relativament simple dei calculs menats dins lei referenciaus inerciaus.
La
velocitat
correspond au taus de cambiament de posicion a respect dau temps. Es definida coma una grandor
vectoriala
qu'es la
derivada
de la posicion en foncion dau temps. En mecanica classica, diferentei velocitats podon s'
addicionar
o se
sostraire
. De mai, son expression despend dau referenciau chausit e pou donc variar en foncion de l'observator (que prend generalament un referenciau qu'arrenja sei calculs). Per exemple, s'una veitura rodelant vers l'est a 70 km/h long d'una rota drecha passa un
camion
rodelant dins la meteissa direccion a 50 km/h, lei menaires dei dos veiculs auran d'impressions diferentas : per lo menaire dau camion, la veitura se desplaca vers l'est a 20 km/h (70 ? 50 = 20) mentre que per lo menaire de la veitura, lo camion se dirigis vers l'oest a 20 km/h.
L'
acceleracion
correspond au taus de cambiament de la
velocitat
a respect dau temps. Es definida coma la derivada de la
velocitat
o coma la derivada segonda dau vector posicion. Quand la velocitat demenis, es de cops dicha deceleracion. Coma la
velocitat
, es una grandor
vectoriala
que pou s'
addicionar
o se
sostraire
.
Article detalhat:
Forca
.
En mecanica classica, una interaccion resultant de l'accion d'un objecte sus un autre, que natura que siegue, es modelizada per una
forca
. Es representada per un
vector
aguent un ponch d'aplicacion, una direccion, un sens e una intensitat. Aqueu concepte permet de visualizar facilament lo movement (dinamica), leis esforc (estatica) o lei deformacions (resistencia dei materiaus) subits per un objecte.
La
segonda lei de Newton
o
principi fondamentau de la dinamica
es una relacion fondamentala de la mecanica classica. Permet de liar l'
acceleracion
d'un cors dins un referenciau a la resultanta dei forcas que s'i aplican.
Lo
trabalh
d'una
forca
correspond a l'
energia
fornida per aquela
forca
quand son ponch d'aplicacion se desplaca. Es responsable de la variacion d'
energia cinetica
dau cors que subis aquela
forca
. L'
energia
correspond a la capacitat d'un objecte de produrre de l'energia. N'existis dos tipes que son l'
energia cinetica
que correspond a l'energia liada au movement d'un cors e l'
energia potenciala
que correspond a l'energia liada ais interaccions entre dos sistemas.
Se lei forcas aplicadas a l'objecte en movement son
conservativas
, l'energia totala dau sistema, soma deis energias cinetica e potenciala, demora constanta. Gracias au principi de conservacion de l'energia, aquo permet d'obtenir de relacions permetent de liar lo trabalh de la resultanta dei forcas au desplacament d'un objecte. En revenge, s'una forca au mens es dissipatritz d'energia (forcas de fretament... etc.), l'energia totala va pauc a pauc demenir fins a l'aplant dau movement.
La
mecanica lagrangiana
(o mecanica analitica) foguet desvolopada a la fin dau segle XVIII per
Joseph-Louis Lagrange
(
1736
-
1813
). Es una formulacion forca
matematizada
de la mecanica classica qu'a una portada forca generala. Favorizet lo desvolopament de la fisica teorica dins lo corrent dau segle XIX e una partida de son formalisme es totjorn utilizat en mecanica quantica.
Sa basa matematica es l'operator
lagragian
que permet de descriure d'un biais concis lo movement a partir dei variablas
dinamicas
. Per aquo, la mecanica lagrangiana s'interessa pas au concepte de ponch materiau coma
Newton
mai a una grandor dicha
accion
. L'aplicacion dau
principi de mendra accion
permet alora de depintar una trajectoria sensa se preocupar dei forcas de suport que podon esser relativament complexas d'exprimir.
Pintura
de
William Rowan Hamilton
.
La
mecanica hamiltoniana
es un melhorament important de la
mecanica lagrangiana
que foguet desvolopat per lo premier cop en
1833
per lo sabent
irlandes
William Rowan Hamilton
(
1805
-
1865
). Coma l'obra de Lagrange, son trabalh aguet una importancia majora en fisica teorica e son formalisme foguet a l'origina dau formalisme moderne de la
mecanica quantica
. Sa basa es l'operator hamiltonian qu'es la
transformada de Legendre
dau
lagrangian
. Gracias a l'utilizacion deis
equacions d'Euler Lagrange
, permet una reformulacion pus simpla dei resultats obtenguts per Lagrange.
Tre la fin dau segle XVII, la mecanica classica mostret de limits dins la resolucion de certanei problemas. De'n premier, lo principi d'accion instantanea qu'era sota-estendut per leis equacions de Newton entrainet rapidament de dificultats, compres a
Isaac Newton
eu meteis, car s'acordava mau ambe leis observacions de l'
Univers
. Puei, lo desvolopament de l'
electromagnetisme
entrainet la descuberta de plusors fenomens (movement de la lutz, descripcion dau corrent electric...) que respectavan pas (o gaire) leis equacions de la mecanica classica. Leis astronoms descurbigueron tanben d'objectes que son orbita era pas calculable ambe leis equacions classicas.
Au segle XX, l'aparicion de la mecanica relativista permetet d'explicar aquelei limits e d'invalidar lo principi d'accion instantanea. De mai, permetet tanben de demostrar l'impossibilitat de depintar lo movement d'un objecte aguent una velocitat procha d'aquela de la
lutz
. Ansin, uei, la relativitat impausa de limits a la mecanica classica, especialament per leis objectes amb una velocitat procha d'aquela de la
lutz
coma un
electron
dins un accelerator de particulas per exemple.
Regardant lei sistemas infinidament pichons, la mecanica classica a donc limits importants que son la quantificacion dei grandors dins lei sistemas de talha pichona (de l'ordre d'un
atom
) e lo
principi d'incertitud d'Heisenberg
. Lo premier empacha la definicion deis otis de la mecanica classica car lei
forcas
o lei potenciaus podon pas esser depintats ambe de grandors quantificadas. Lo segond empacha la definicion precisa de coordenadas per descriure la trajectoria d'un objecte.
La mecanica classica es devesida entre mai d'un domeni que son generalament definits per lo ponch de vista adoptat per l'observator dau movement. Ansin, se pou destriar plusors disciplinas segon lei proprietadas estudiadas :
Existis tanben una definicion dei disciplinas basada sus l'objecte estudiat :
- la mecanica dau ponch.
- la mecanica dau solid indeformable.
- la mecanica dei mitans continus que gropa la resistencia dei materiaus, la mecanica dau solid deformable e la mecanica dei fluids.
Enfin, lei dos sistemas de classament podon esser mesclar per destriar, per exemple, la cinematica dau ponch de la dinamica dau solid indeformable.
- Personalitats majoras de la mecanica classica :
- (fr)
John R. Taylor,
Mecanique classique
, de Boeck, 2012.
- ↑
(fr)
Rene Taton,
La science antique et medievale, des origines a 1450
, Quadrige/PUF, 1994.
- ↑
(en)
Olaf Pedersen,
Early Physics and Astronomy: A Historical Introduction
, CUP Archive, 1993.
- ↑
(fr)
William R. Shea (trad. Francois de Gandt),
La Revolution galileenne. De la lunette au systeme du monde
, Seuil, coll. ≪ Science ouverte ≫, 1992.
- ↑
(fr)
Jose Munoz Santonja (trad. Philippe Garnier),
L'inventeur de la physique mathematique moderne : Newton
, RBA Coleccionables, 2018.
- ↑
(fr)
Gustav Kirchhoff, ≪ Du rapport entre le pouvoir emissif et le pouvoir absorbant des corps pour la chaleur et la lumiere ≫,
Annales de Chimie et Physique
, 3
a
seria, LXII,? 1861, pp. 160-191.
- ↑
(en)
Steven Weinberg,
Gravitation & Cosmology
, John Wiley & Sons, 1972.