Класична механика

Класичната механика е дел од механиката (гранка на физиката што ги изучува законите за промената на положбата на телата во просторот низ времето и причините поради кои таа настанува) основан на Њутновите закони и принципот на релативност на Галилеј. Затоа често се нарекува и „Њутнова механика“. Другиот дел на механиката е квантната механика.

Класичната механика се дели на:

• статика (која ја изучува рамнотежата на телата);
• кинематика (која ги изучува геометриските својства на движењата, без да ги разгледува причините за движењето);
• динамика (која го изучува движењето на телата).

Постојат неколку еквивалентни начини на формално математичко опишување на класичната механика:

• Њутнови закони;
• Лагранжев формализам;
• Хамилтонов формализам;
• Хамилтон-Јакобиев формализам.

Класичната механика дава многу прецизни резултати во рамките на секојдневното искуство. Но, нејзината примена е ограничена на телата чии брзини се далеку помали од брзината на светлината, а нивната големина значително ја надминува таа на атомите и молекулите. Класичната механика што ги изучува телата кои се движат со произволна брзина е релативистичка механика, додека телата чија големина е иста со таа на атомите се предмет на проучување на квантната механика. Квантната теорија на полето ги зема предвид квантните релативистички ефекти.

Како и да е, класичната механика го задржува своето значење бидејќи:

• таа е полесна за разбирање за разлика од останатите теории;
• во поширок дијапазон, таа доволно добро ја опишува реалноста.

Основни поими

Класичната механика користи неколку основни поими и модели. Меѓу нив вреди да се издвојат:

• Простор. Се смета дека движењето на телата се одвива во просторот, кој може да биде Евклидов, апсолутен (не зависи од набљудувачот), еднороден (било кои две точки во просторот не се разликуваат) и изотропен (било кои две насоки во просторот не се разликуваат).
• Време. Ова е фундаментален поим, кој не може да се определи во класичната механика. Се смета дека времето е апсолутно, еднородно (хомогено) и изотропно (равенките на класичната механика не зависат од насоката на текот на времето).
• Референтниот систем се состои од референтни тела (некое тело, реално или измислено, во однос на кое се изучува движењето на механичките системи) и од координатни системи.
• Материјална точка. Таа е објект, чија големина во дадена задача може да се занемари. Всушност, секое тело кое е потчинето на законите на класичната механика задолжително поседува ненулова големина. Телата со ненулова големина можат да дадат сложени движења, со што може да се смени и нивната внатрешна конфигурација, на пример, телото може да ротира или да се деформира. Како и да е, во одредени случаи, за вакви тела можат да се применат резултатите добиени за материјалните точки, и тоа доколку ги сметаме таквите тела како севкупност од поголемото количество на заемодејствувачки материјални точки. Материјалните точки се одликуваат со неколку параметри:
  • Маса — мерка за инертноста на телата;
  • Радиус-вектор ${\vec {r}}$ — вектор, кој оди од почетокот на координатата до точката каде се наоѓа телото, ја карактеризира положбата на телата во просторот;
  • Брзината се јавува како карактеристика на темпото на менување на положбата на телото со текот на времето, а се определува како производ од радиус-векторот и времето

    ${\vec {v}}={\frac {d{\vec {r}}}{dt}}$

  • Забрзувањето претставува брзина (темпо) на менување на брзината, а се определува како производ на брзината и времето

    ${\vec {a}}={\frac {d{\vec {v}}}{dt}}={\frac {d^{2}{\vec {r}}}{dt^{2}}}$

  • Импулс (постаро име: количество движење) е векторска физичка величина која е еднаква на производот на масата на материјалната точка и нејзината брзина

    ${\vec {p}}=m{\vec {v}}$

  • Кинетичка енергија е енергија на движењето на материјалната точка, која се определува како половина од производот на масата на телата со квадратот на нивната брзина

    $T={\frac {mv^{2}}{2}}$

• Сила е физичка величина која го карактеризира степенот на меѓусебно заемодејство на телата. Всушност, дефиницијата за сила е Вториот Њутнов закон.
  • Ако работата на силата не зависи од видот на траекторијата по која се движело телото, а е одредена само од почетната и крајната положба, тогаш таквата сила се нарекува потенцијална. Заемодејството кое произлегува со посредството на потенцијалните сили, може да биде опишано преку потенцијалната енергија. По дефиниција, потенцијалната енергија е функција од координатата на телото $U({\vec {r}})$, така што силата која дејствува на телото е еднаква на градиентот од оваа функција, земено со спротивен знак:

    ${\vec {F}}=-\nabla U({\vec {r}})$