راهنمای جامع فیزیک/زیرساخت‌های مکانیک کلاسیک

دکارت:می‌اندیشم پس هستم

زیرساخت‌های مکانیک کلاسیک

روش استقرایی و حساب دیفرانسیلی

راهنمای جامع فیزیک

مکانیک کلاسیک چیست؟

تجزیه و تحلیلِ حرکت پرتابه، بخشی از مکانیک کلاسیک است.

مکانیک کلاسیک یا مکانیک نیوتنی یکی از قدیمیترین و آشناترین شاخه‌های فیزیک است. این شاخه با اجسام در حال سکون و حرکت، تحت تأثیر نیروهای داخلی و خارجی سرو کار دارد. قوانین مکانیک به تمام گستره اجسام، اعم از میکروسکوپی از قبیل الکترونها در اتمها و سیارات در فضا یا حتی به کهکشان‌ها در بخش‌های دور دست جهان اعمال می‌شود.

افراد تاثیر گذار بر نیوتون

نمودارِ حرکتِ مداریِ ماهواره به دور زمین؛ سرعتِ عمود و شتاب (نیرو) را نشان می‌دهد.

اگر بخواهیم به کشف قانون جهانی گرانش توسط نیوتن به داستان سقوط سیب بسنده کنیم که این قانون در یک لحظه به ذهن نیوتن رسید، کاری غیر علمی و خرافی انجام داده ایم. ابداع و انتشار معادلات حرکت توسط نیوتن، ریشه در پژوهشهایی داست که قدمت آن به حیات انسان بر عرصه ی خاک می رسد. این روند پژوهشی با فراز و نشیب هایی (گاه خشن و غیر انسانی) همراه بود و خمیر مایه ی آن توسط اندیشمندان بسیاری فراهم شد و سرانجام توسط نیوتن به منصه ی ظهور رسید. بنابراین قبل از نیوتن زیر ساخت های مکانیک کلاسیک آماده شده بود. علاوه بر آن جامعه ی اروپا از نظر فلسفی و اعتقادی آماده ی پذیرش آن بود. نیوتن معادلات حرکت خود را روی این زیر ساخت ها فرمولبندی کرد. این نگرش بهیچ.جه از ارزش کار بزرگی که نیوتن انجام داد نمی کاهد، اما نقش سایر اندیشمندان را نیز یادآور می شود.

آخرين فردي كه انديشه هايش بر نيوتن و فرمول بندي مكانيك كلاسيك تاثير عميق داشت، دكارت بود. با اين وجود نظرات تمام كارهاي دكارت در زمينه فيزيك حالت توصيفي داشت. اما همين مسائل توصيفي نيز به شدت با فيزيك ارسطويي در تضاد بود. به همين دليل نخست مكانيك گاليله اي بيان كرده و آنگاه فيزيك دكارتي آورده شده است تا با مقايسه ي آنها با كارهاي نيوتن، ارزش و اهميت كار نيوتن بهتر مشخص شود.

مکانیک گالیله ای

پس از كپرنيك و كپلر كه در نجوم تحولات را آغاز كردند، گاليله مسئوليت انتقال تاريخي از نجوم به فيزيك را به عهده گرفت. گاليله از جاذبه مطرح شده در قانون سوم كپلر جاذبه و شتاب را استنتاج كرد كه از يك سو به حركت غير دايروي و سرعت نايكنواخت اجرام سماوي باز مي گشت و از سوي ديگر به چند و چون سقوط اجسام در زمين ارتباط داشت. يك طرف نجوم و طرف ديگر قوانين فيزيك. تعريف " شتاب يعني تغيير سرعت در مقدار و يا جهت " شيرازه نظريه گاليله بود كه به نظر متاخرين در اين باب متفاوت بود. نظريه قدما مي گفت كه حركت طبيعي اجسام سماوي دايره است و حركت اجسام زميني خط مستقيم و اگر جسم زميني را به حال خود بگذاريم كم كم خواهد ايستاد. گاليله اما مي گفت كه هر جسمي فارغ از سماوي يا زميني اگر نيروي خارجي بر آن اعمال نشود در حركت مستقيم خود با سرعت ثابت ادامه خواهد داد و نيروي اعمالي مي تواند در راستا و يا در سرعت آن جسم تغيير حاصل كند كه در هر دو صورت شتاب ناميده مي شود. همچنين او قانون شتاب را كشف كرد و آن مثال معروف سقوط پر و گلوله در خلاء در اثبات همين موضوع است. او در اين مورد دست به يك تصور علمي زد و فرض كرد كه اگر بتوان ستوني بدون هوا ايجاد كرد اين دو جسم در يك زمان و با يك سرعت به زمين خواهند رسيد. اين امر محقق نشد مگر زماني كه در تاريخ 1654 ماشين تخليه هوا اختراع شد و صحت نظر گاليله تائيد شد. در همان زمان اين امكان نيز به وجود آمد تا شتاب جاذبه زمين اندازه گيري شود. او قوانين حركت پرتابي را كه اكنون به عنوان يك مسئله كلاسيك در دبيرستان ها تدريس مي شود را نيز كشف كرد .

منبع

کتاب فیزیک از آغاز تا امروز نوشته حسین جوادی چاپ دوم شهریور ۱۳۸۷ انتشارات اندرز