Principiile mecanicii clasice

Principiile mecanicii clasice

In natura corpurile actioneaza in permanenta unele asupra altora, sau altfel spus, interactioneaza. Intensitatea acestor interactiuni este descrisa cantitativ de o marime fizica vectoriala numita forta. Deci, actiunii unui corp asupra altui corp ii corespunde o forta numita actiune, iar raspunsul celui de-al doilea corp se concretizeaza intr-o forta numita reactiune. Orice forta este numai un aspect al interactiunii mutuale dintre doua corpuri; o forta reala singura, izolata, nepereche, este o imposibilitate.

S-a ajuns la concluzia ca toate interactiunile cunoscute pana in prezent pot fi reduse la patru interactiuni fundamentale: interactiunile electromagnetice, gravitationale, interactiunile nucleare slabe si interactiunile nucleare tari. Cateva dintre efectele care pot apare in urma interactiunii corpurilor sunt : deformarea lor, schimbarea proprietatilor lor fizice si chimice, modificarea starii de miscare, etc.

Acea parte a fizicii care se ocupa cu studiul miscarii corpurilor se numeste mecanica. Calculul traiectoriei unui obuz, a unei sonde spatiale interplanetare, analiza urmelor lasate de particulele elementare in camera cu bule, toate sunt probleme de mecanica.

Partea mecanicii care se ocupa cu descrierea miscarii, fara a discuta cauzele ei, se numeste cinematica. Partea mecanicii care studiaza miscarea corpurilor tinand cont de cauzele care o produc si de proprietatile acestor corpuri se numeste dinamica.

Isaac Newton, pornind de la lucrarile de o deosebita importanta ale lui Galileo Galilei, (el s-a nascut in anul in care Galilei a murit) a reusit sa formuleze un numar de trei principii (sau legi) ale mecanicii, care, prin continutul si generalitatea lor acopera toate fenomenele ce tin de mecanica clasica. Aceste legi au fost prezentate pentru prima oara in cartea sa Principia Mathematica Philosophiae Naturalis (1686). Intr-o scrisoare catre prietenul sau Robert Hooke, Newton afirma : « Daca eu am vazut mai departe decat altii aceasta se datoreste faptului ca am stat pe umerii Titanilor .» Intre acestia se numara cu siguranta Galileo Galilei si Johan Kepler.

Primul principiu, in formularea lui Newton afirma :

Orice corp isi pastreaza starea de repaus sau de miscare rectilinie si uniforma atata timp cat nu este constrans sa-si schimbe aceasta stare de forte aplicate din exterior asupra lui.

Tendinta corpurilor de a-si pastra starea de repaus sau de miscare rectilinie si uniforma este atribuita unei proprietati generale a substantei numita inertie. Masa corpurilor reprezinta expresia cantitativa a inertiei acestora. Se observa ca primul principiu nu face nici o diferenta intre starea de repaus si cea de miscare rectilinie si uniforma a unui corp. Ambele sunt "naturale" in absenta fortelor exterioare. Primul principiu contine si ideea caracterului relativ al starii de repaus si respectiv al miscarii rectilinii si uniforme.

Se observa de asemenea ca, implicit, primul principiu nu face distinctie intre cazul in care asupra unui corp nu actioneaza nici o forta si cazul in care fortele care actioneaza asupra lui au rezultanta nula.

Al doilea principiu al mecanicii clasice afirma ca :

Viteza de variatie a impulsului unui corp este proportionala cu forta ce actioneaza asupra corpului.

Impulsul unui corp de masa m  care se deplaseaza cu viteza este o marime fizica vectoriala care se defineste astfel :

.                                                                        (8)

Unitatea de masura pentru impuls, in Sistemul International, este . Daca unitatile se aleg in conformitate cu Sistemul International al Unitatilor de Masura, constanta de proportionalitate invocata in enuntul acestui principiu este egala cu unu si formularea matematica a principiului devine :

, (9)

In ipoteza ca masa corpului ramane constanta in timpul miscarii acestuia, ipoteza ce sta la baza mecanicii clasice, relatia de mai sus conduce la :

. (9')

Unitatea de masura pentru forta, in Sistemul International, este (Newton). In aceasta relatie  reprezinta rezultanta tuturor fortelor care actioneaza asupra corpului de masa m. Se observa ca principiul intai este un caz particular al principiului fundamental al mecanicii, pentru , .

Continutul principiului al treilea al mecanicii se refera la interactiunea mutuala dintre doua corpuri si stabileste legatura dintre actiune si reactiune :

Daca un corp actioneaza asupra unui alt corp cu o forta numita actiune, atunci acest corp va actiona la randul sau asupra primului corp cu o forta numita reactiune, egala in modul si de sens contrar cu actiunea.

In ce priveste continutul principiului al treilea trebuie subliniat faptul ca actiunea si reactiunea se aplica la corpuri diferite si deci ca nu se pune problema echilibrarii lor reciproce.

Se poate afirma deci ca din cele trei principii doar principiul al doilea si principiul al treilea sunt independente.