Co to jest mechanika klasyczna?

Mechanika klasyczna jest gałęzią matematyki, która opisuje ruch obiektu w wyniku jego masy i sił działających na niego. Efekty zostały po raz pierwszy opisane przez Sir Isaaca Newtona w XVII wieku. Newton oparł swoją pracę na wcześniejszych naukowcach, w tym Galileo Galilei, Johannesie Keplerze i Christiaanie Huygensie. Wszystkie teorie w mechanice klasycznej opierają się na teoriach Newtona lub pochodzą z nich, dlatego mechanikę klasyczną często określa się mianem mechaniki newtonowskiej.

Newton przedstawił swoje trzy zasady ruchu w swojej najbardziej znanej pracy, Principia Mathematica . Prawa te opisują, w jaki sposób siły wpływają na ruch ciała. Pierwsze prawo mówi, że ciało pozostanie w spoczynku lub będzie poruszać się ze stałą prędkością, gdy siły działające na nie będą równe. Drugie prawo wiąże przyspieszenie ciała z siłami działającymi na niego, a trzecie stwierdza, że ​​dla każdego działania zachodzi równa i przeciwna reakcja.

Zachowanie gazów i cieczy, drgania sprężyn i wahadeł zostały opisane przy użyciu mechaniki klasycznej. Sam Newton wykorzystał swoje prawa do zdefiniowania pojęcia grawitacji i ruchu planet wokół Słońca. Te z kolei doprowadziły do ​​takich rzeczy, jak europejska rewolucja przemysłowa XIX wieku oraz rozwój technologii satelitarnej i podróży kosmicznych w XX wieku.

Istnieją jednak ograniczenia rozwiązań z mechaniki klasycznej. Układy o ekstremalnych masach, prędkościach i odległościach wszystkie odbiegają od praw Newtona. Na przykład model Newtona nie może wyjaśnić, dlaczego elektrony wykazują zarówno właściwości falowe, jak i cząstkowe, dlaczego nic nie może poruszać się z prędkością światła lub dlaczego siła grawitacji między odległymi galaktykami wydaje się działać natychmiast.

Pojawiły się dwie nowe gałęzie fizyki: mechanika kwantowa i teoria względności. Mechanika kwantowa, której pionierem byli Edwin Schroedinger, Max Planck i Werner Heisenberg, interpretuje ruchy bardzo małych obiektów, takich jak atomy i elektrony. Duże i odległe obiekty, a także obiekty poruszające się z prędkością bliską prędkości światła są opisane przez stosunkowo opracowane przez Alberta Einsteina.

Pomimo tych ograniczeń mechanika Newtona ma kilka zalet w stosunku do mechaniki kwantowej i względnie. Obie nowsze dziedziny wymagają znajomości zaawansowanej matematyki. Podobnie nauki kwantowe i relatywistyczne mogą wydawać się sprzeczne z intuicją, ponieważ opisują zachowania, których nie można zaobserwować ani doświadczyć.

Na przykład zasada nieoznaczoności Heisenberga stwierdza, że ​​nie można poznać zarówno prędkości, jak i położenia ciała. Taka zasada jest sprzeczna z codziennymi doświadczeniami. Matematyka mechaniki Newtona jest o wiele mniej wymagająca i służy do opisu ruchów ciał w życiu codziennym.