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力学とは、オブジェクトの動きを扱う物理学の分野です。タイヤを交換するときにレンチを保持する最適な方法を把握したい将来の科学者、エンジニア、または好奇心の強い人間にとって、力学を理解することは非常に重要です。
力学の研究における一般的なトピックには、ニュートンの法則、力、線形および回転運動、運動量、エネルギー、波が含まれます。
ニュートン法
他の貢献の中でも、アイザックニュートンirは、力学を理解するために重要な3つの運動の法則を開発しました。
ニュートンはまた、重力の普遍的な法則を定式化しました。これは、任意の2つの物体と宇宙の物体の軌道との間の引力を記述するのに役立ちます。
ニュートンの法則は、人々が彼の法則をしばしば参照する物体の動きと、それらに基づいた予測をニュートン力学または古典力学と予測する非常に良い仕事をします。ただし、これらの計算は 正確に 物体が光速近くを移動しているときや信じられないほど小さいスケールで作業しているときなど、すべての条件下での物理世界を説明します。
力
力 原因 モーション。力は、基本的にプッシュまたはプルです。
高校生または入門大学生が必ず遭遇するさまざまな種類の力には、重力、摩擦、張力、弾性、適用およびばね力が含まれます。物理学者は、オブジェクトに作用するこれらの力を、 自由体図 または 力図。このような図は、オブジェクトの正味の力を見つけるのに重要であり、その力がその動きに何が起こるかを決定します。
ニュートンの法則は、正味の力により物体の速度が変化することを示しています。 または その方向が変わります。正味の力がないということは、オブジェクトが一定の速度または静止状態で移動していることを意味します。
A 正味力 2つの綱引きチームが反対方向にロープを引っ張るなど、オブジェクトに作用する複数の力の合計です。より強く引っ張るチームが勝ち、結果としてより多くの力が彼らの方向に向けられます。それがロープと他のチームがその方向に加速する理由です。
線形および回転運動学
キネマティクスは、一連の方程式を適用するだけでモーションを記述することができる物理学の分野です。キネマティクス ではない 根本的な力、動きの原因を参照してください。これが、運動学も数学の一分野と見なされる理由です。
運動方程式と呼ばれることもある4つの主な運動方程式があります。
運動方程式で表現できる量は、 line__arモーション （直線運動）、しかしこれらはそれぞれ 回転運動 （円運動とも呼ばれます）類似の値を使用します。たとえば、床に沿って直線的に転がるボールには、 線速度v、同様に 角速度ω、回転速度を示します。そして、一方 正味力 直線運動の変化を引き起こす 正味トルク オブジェクトの回転を変更します。
運動量とエネルギー
物理学の力学分野に属する他の2つのトピックは、運動量とエネルギーです。
これらの数量は両方とも 保存された、 つまり、閉じたシステムでは、運動量またはエネルギーの総量は変更できません。これらのタイプの法則を保存法と呼びます。通常化学で研究されている別の一般的な保存則は、質量保存です。
エネルギーの保存と運動量の保存の法則により、物理学者は、スケートボードがランプを転がる、ビリヤードボールが衝突するなど、相互作用するさまざまなオブジェクトの速度、変位、その他の動きの側面を予測できます。
慣性モーメント
慣性モーメントは、さまざまなオブジェクトの回転運動を理解する上で重要な概念です。これは、オブジェクトの質量、半径、回転軸に基づいた量であり、角速度を変更することがどれほど困難かを示します。つまり、 回転を速くしたり遅くしたりするのがどれだけ難しいか.
繰り返しますが、回転運動は 類似の ニュートンの第一法則で述べられているように、慣性モーメントは線形運動に比例して、慣性の線形概念に類似しています。より多くの質量とより大きな半径は、オブジェクトに大きな慣性モーメントを与え、逆もまた同様です。特大の砲弾を廊下に転がすのは、バレーボールを転がすより難しいです！
波と単純な調和運動
波は物理学の特別なトピックです。機械的波とは、 物質を通してエネルギーを伝達する –水波または音波は両方の例です。
単純調和運動は、粒子またはオブジェクトが固定点を中心に振動する別のタイプの周期的運動です。例としては、前後に揺れる小角振り子や、次のように上下に跳ねるコイルばねがあります。 フック法.
物理学者が波と周期運動を研究するために使用する典型的な量は、周期、周波数、波速度、波長です。
電磁波または光は、エネルギーが物質ではなく振動場によって運ばれるため、空の空間を通過できる別のタイプの波です。 （発振 別の用語です 振動。）光は波のように振る舞い、その特性は古典的な波と同じ量で測定できますが、粒子としても振る舞うため、量子物理学を記述する必要があります。したがって、光は 完全に 古典力学の研究に適合する。
古典力学の数学
物理学は非常に数学的科学です。メカニックの問題を解決するには、次の知識が必要です。
1次元の動きと2次元の動き
高校または大学入門の物理学コースの範囲には、通常、力学状況の分析における2つのレベルの難易度が含まれます。1次元の動き（より簡単）と2次元の動き（より難しい）です。
一次元の動きは、オブジェクトが直線に沿って移動していることを意味します。これらのタイプの物理問題は、代数を使用して解決できます。
2次元のモーションは、オブジェクトのモーションに垂直成分と水平成分の両方がある場合を表します。つまり、動いている 一度に2つの方向. これらのタイプの問題は多段階になる可能性があり、解決するには三角法が必要になる場合があります。
発射体の動きは、2次元の動きの一般的な例です。発射体の動きは、オブジェクトに作用する力が重力のみであるあらゆるタイプの動きです。たとえば、空中に投げられたボール、崖から車が飛び出したり、ターゲットに射撃されたりします。これらの各ケースでは、空気を通るオブジェクトのパスは、円弧の形状をトレースし、水平方向と垂直方向の両方に移動します（上下または上下）。