Wat is klassieke mechanica?
Klassieke mechanica is een tak van de wiskunde die de beweging van een object beschrijft als gevolg van zijn massa en de krachten die erop werken. De effecten werden voor het eerst beschreven door Sir Isaac Newton in de 17e eeuw. Newton baseerde zijn werk op eerdere wetenschappers, waaronder Galileo Galilei, Johannes Kepler en Christiaan Huygens. Alle theorieën in de klassieke mechanica zijn gebaseerd op of afgeleid van de theorieën van Newton, vandaar dat de klassieke mechanica vaak wordt aangeduid als Newtoniaanse mechanica.
Newton introduceerde zijn drie bewegingswetten in zijn beroemdste werk, Principia Mathematica . Deze wetten beschrijven hoe krachten de beweging van een lichaam beïnvloeden. De eerste wet stelt dat een lichaam in rust zal blijven of met constante snelheid zal bewegen als de krachten die erop werken allemaal gelijk zijn. De tweede wet relateert de versnelling van een lichaam aan de krachten die erop inwerken, en de derde stelt dat er voor elke actie een gelijke en tegengestelde reactie is.
Het gedrag van gassen en vloeistoffen, de oscillatie van veren en pendels zijn allemaal beschreven met behulp van klassieke mechanica. Newton zelf gebruikte zijn wetten om het concept van zwaartekracht en de beweging van de planeten rond de zon te definiëren. Op hun beurt leidden deze theorieën tot dingen zoals de Europese industriële revolutie van de 19e eeuw en de ontwikkeling van satelliettechnologie en ruimtevaart in de 20e eeuw.
Er zijn echter beperkingen aan klassieke mechanica-oplossingen. Systemen met uitersten van massa, snelheid of afstand wijken allemaal af van de wetten van Newton. Het Newtoniaanse model kan bijvoorbeeld niet verklaren waarom elektronen zowel golfachtige als deeltjesachtige eigenschappen vertonen, waarom niets met de snelheid van het licht kan reizen of waarom de zwaartekracht tussen verre sterrenstelsels onmiddellijk lijkt te werken.
Twee nieuwe takken van fysica zijn ontstaan: kwantummechanica en relativiteit. Kwantummechanica, ontwikkeld door Edwin Schroedinger, Max Planck en Werner Heisenberg, interpreteert de bewegingen van zeer kleine objecten, zoals atomen en elektronen. Grote en verre objecten, evenals objecten die met de snelheid van het licht reizen, worden relatief beschreven door Albert Einstein.
Ondanks deze beperkingen heeft de Newtoniaanse mechanica verschillende voordelen ten opzichte van de kwantummechanica en relatief. Beide nieuwere velden vereisen kennis van geavanceerde wiskunde. Evenzo kunnen de kwantum- en relativistische wetenschappen contra-intuïtief lijken omdat ze gedrag beschrijven dat niet kan worden waargenomen of ervaren.
Het Heisenberg Onzekerheidsprincipe stelt bijvoorbeeld dat het onmogelijk is om zowel de snelheid als de locatie van het lichaam te kennen. Een dergelijk principe is in strijd met de dagelijkse ervaring. De wiskunde van de Newtoniaanse mechanica is veel minder uitdagend en wordt gebruikt om de bewegingen van lichamen in het dagelijks leven te beschrijven.