Mechanik
Die Mechanik (von Vorlage:ELSalt mechané, ‚Maschine‘, ‚Kunstgriff‘, ‚Wirkungsweise‘)[1][2] ist in den Naturwissenschaften und den Ingenieurwissenschaften die Lehre von der Bewegung von Körpern sowie den dabei wirkenden Kräften. In der Physik wird unter Mechanik meist die klassische Mechanik verstanden. Im Teilgebiet der theoretischen Physik wird der Begriff oft abkürzend für die theoretische Mechanik verwendet. In den Ingenieurwissenschaften versteht man darunter meist die Technische Mechanik, die Methoden und Grundlagen der klassischen Mechanik nutzt zur Berechnung von Maschinen oder Bauwerken.
Sowohl die Relativitätstheorie als auch die Quantenmechanik enthalten die klassische Mechanik als Spezialfall.
Unterteilung
Die Mechanik kann grob in verschiedene Teilgebiete untergliedert werden: Die Kinematik befasst sich mit der Bewegung von Körpern und beschreibt vor allem die Bahnkurve, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Körpern, ohne dabei Masse oder Kräfte zu berücksichtigen. Die Dynamik erweitert die Beschreibung der Bewegungen durch die Masse und die wirkenden Kräfte. Die Dynamik wird häufig unterteilt in die Statik (Kräfte im Gleichgewicht) und die Kinetik (Kräfte nicht im Gleichgewicht). In der Technischen Mechanik[3] teilt man sie dagegen auch ein in Kinematik und Kinetik und fasst sie als Teilgebiet auf, das neben der Statik steht.
Zudem lassen sich spezielle Teilgebiete der Mechanik nach vielen verschiedenen Kriterien einteilen.[4]
Die oben schon beschriebene Einteilung nach der Berücksichtigung von Kräften ergibt:
Eine Einteilung nach Aggregatszustand sieht wie folgt aus:
- Mechanik fester Körper (Festkörpermechanik)
- Mechanik starrer Körper: Massepunkte und unverformbare Körper
- Mechanik elastischer Körper: Die Elastizitätstheorie behandelt elastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte zurückbilden wie bei einer Feder. Ein wichtiges Teilgebiet ist die Elastostatik für unbewegte Körper.
- Mechanik plastischer Körper: Die Plastizitätstheorie behandelt plastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte nicht zurückbilden, wie bei warmer Butter oder beim Schmieden.
- Fluidmechanik (Gase und Flüssigkeiten): Sie kann weiter unterteilt werden nach der inneren Reibung in Mechanik idealer Gase oder realer Gase und Mechanik reibfreier und viskoser Flüssigkeiten, sowie nach dem Fluid und nach der Bewegung in Statik (unbewegt, ruhend) und Dynamik (bewegt):
- Fluidstatik: Aerostatik (für Gase), Hydrostatik (für Flüssigkeiten)
- Fluiddynamik: Aerodynamik, Hydrodynamik
Die Einteilung nach Anwendungsgebiet führt zu:
- Theoretische Mechanik (auch „Analytische Mechanik“ genannt). Neben der Unterteilung in Kinematik und Dynamik kann auch nach dem Formalismus unterteilt werden in:[5][6]
- Newtonsche Mechanik: Die älteste Darstellungsweise. Sie geht auf Isaak Newton zurück und gilt in Inertialsystemen. Die Lösung konkreter Problemstellungen kann jedoch aufwendig sein.
- Lagrange-Formalismus: Eine andere Darstellungsweise, die auf Joseph-Louis Lagrange zurückgeht und beliebige Koordinatensysteme nutzt. Viele Probleme lassen sich damit deutlich einfacher lösen.
- Hamiltonsche Mechanik: Eine sehr allgemeine Darstellung von William Rowan Hamilton, die zwar keine Vorteile bei der Lösung konkreter Probleme bietet, jedoch im Theoriengebäude der Physik den Übergang zur Quantenmechanik darstellt.
- Technische Mechanik. Meist eingeteilt in:
- Statik: Ruhende starre Körper
- Festigkeitslehre (früher Elastostatik): Verformbare feste Körper
- Dynamik: Bewegte Körper
Außerdem gibt es noch die
- Kontinuumsmechanik – kontinuierlich ausgedehnte, verformbare Körper, mit der Unterteilung:
- Mechanik elastischer Körper: Die Elastizitätstheorie behandelt elastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte zurückbilden wie bei einer Feder. Ein wichtiges Teilgebiet ist die Elastostatik für unbewegte Körper.
- Mechanik plastischer Körper: Die Plastizitätstheorie behandelt plastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte nicht zurückbilden wie bei warmer Butter oder beim Schmieden.
- Strömungsmechanik (Fluidmechanik) – Flüssigkeiten, Gase und Plasmen
- Statistische Mechanik (auch Statistische Thermodynamik) – statistische Wechselwirkung vieler Massenpunkte, insbesondere zur Thermodynamik. Die statistische Mechanik ist ein Teilgebiet der Statistischen Physik.
Siehe auch
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Heinz Dieter Motz: Ingenieur-Mechanik: Technische Mechanik für Studium und Praxis. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-95761-1, S. 1 (google.com).
- ↑ Jürgen Mittelstraß: Die griechische Denkform: Von der Entstehung der Philosophie aus dem Geiste der Geometrie. De Gruyter, 2014, ISBN 978-3-11-037062-1, S. 29 (google.com).
- ↑ Sayir, Kaufmann: Ingenieurmechanik. Springer, 2015, 2. Auflage, S. 9.
- ↑ R. Mahnken: Lehrbuch der Technischen Mechanik. Band 1: Statik. Springer, 2012, S. 5.
- ↑ Wolfgang Nolting: Grundkurs Theoretische Physik 2. Analytische Mechanik. 9. Auflage, S. IX, 105 f.
- ↑ Honerkamp, Römer: Klassische Theoretische Physik. 4. Auflage, Vorwort und S. 69.