A mecânica (do grego antigo Μηχανική / mèchanikê , "a arte de construir uma máquina") é um ramo da física cujo propósito é o estudo do movimento , das deformações ou estados de equilíbrio dos sistemas físicos . Esta ciência tem como objetivo descrever os movimentos de diferentes tipos de corpos, desde partículas subatômicas com mecânica quântica , até galáxias com mecânica celeste .
Até o XIX th século, a noção de mecânica, bem incluiu o estudo científico do movimento do corpo que a teoria da máquina . No XXI th século, se a mecânica como uma ciência faz vista não perder da questão da sua aplicação prática, já não é primariamente uma atividade para projetar máquinas.
Os fundamentos da mecânica, como ciência e no sentido moderno do termo, foram lançados por Galileu . Portanto, não está dissociado das artes mecânicas, isto é, das técnicas de construção de máquinas. Em 1559, a palavra designa assim "a parte da matemática que tem por objeto o conhecimento das leis do movimento e a teoria da ação das máquinas". Um pouco mais tarde, o nome de mecânico (atestado em 1696) será designado aquele que “possui a ciência da mecânica e aquele que inventa, calcula e constrói máquinas”. Não foi até o XIX th século, de 1840, este termo significa "aquele que se eleva e mantém máquinas", e que a distinção é mais clara entre a mecânica como uma ciência e mecânica como uma técnica.
Se a palavra aparece no renascimento em seu sentido moderno, essa ciência tem suas raízes em tempos muito mais antigos e sua história é inseparável da astronomia .
No início, a mecânica, que ainda não leva esse nome, reunia reflexões, ainda de cunho filosófico ou religioso, destinadas, em particular, a explicar os movimentos das estrelas. A regularidade dos movimentos dos objetos celestes não foi perdida pelos primeiros astrônomos, que então conceberam o céu e seus móbiles como uma espécie de máquina gigantesca.
As contribuições de Arquimedes para a construção de uma ciência mecânica, então ainda em formação, são absolutamente fundamentais. É em particular a partir de suas reflexões sobre o equilíbrio dos corpos que Galileu lançará as bases da mecânica moderna. Ainda não é uma teoria do movimento, mas uma mecânica estática , ou seja, uma ciência que visa compreender a disposição dos corpos em repouso.
Foi Aristóteles o primeiro a lançar as bases para uma verdadeira teoria mecânica. Segundo ele, todos os corpos do universo derivam de um primeiro motor a origem de seu movimento , sendo os movimentos transmitidos por contato. Soma-se a isso a ideia de que os objetos se movem para chegar ao local específico que lhes é destinado, onde encontrarão a quietude.
A teoria do movimento de Aristóteles envolve muitas dificuldades das quais o estagirita estava bem ciente. Um dos principais era o movimento da flecha, que não estava claro o que poderia ser carregada depois de ser lançada pelo arqueiro. No entanto, as idéias de Aristóteles irão dominar amplamente a forma de conceber o movimento até o início do segundo milênio, na ausência de uma teoria alternativa verdadeiramente mais confiável. Teremos que esperar pela teoria do ímpeto .
A noção de ímpeto visa em particular responder às aporias da teoria de Aristóteles. O ímpeto é uma espécie de virtude motora que se consome e se esgota à medida que o corpo se move. Embora intuitivamente muito próximo da noção de energia cinética , o ímpeto estava na verdade muito longe dela, porque continuava a carregar a ideia de movimento absoluto (e, portanto, a ideia de uma possível imobilidade absoluta). Nessa teoria, há uma diferença de natureza entre o objeto móvel, carregando um certo ímpeto, e o objeto imóvel, sem ímpeto. Tivemos que esperar que Galileu superasse essas concepções errôneas de movimento.
Com base nas realizações de Galileu e depois de Newton, a mecânica clássica pode contar com diferentes formalismos, em particular os da mecânica analítica . As noções de Lagrangiano ou Hamiltoniano desempenham um papel fundamental.
No início do XX ° século, enquanto a mecânica clássica parece ser um edifício inabalável, as duas teorias são colocadas radicalmente em causa: o quantum e mecânica relativista .
A mecânica clássica ou mecânica newtoniana é o estudo de corpos em movimento ou em repouso.
A palavra "estática" aqui significa equilíbrio, o corpo não sofre nenhuma condição dinâmica (aceleração, força). Podemos também considerar que duas condições dinâmicas em que se anulam são aplicadas a um corpo, então esse corpo está em equilíbrio.
A estática é o estudo das condições de equilíbrio de um ponto material onde as forças de equilíbrio são aplicadas.
A mecânica newtoniana é um ramo da física . Desde o trabalho de Albert Einstein , ela é freqüentemente chamada de mecânica clássica. É perfeitamente adequado para questões "cotidianas", mas tem limites para casos extremos (por exemplo, para velocidades próximas à velocidade da luz, para objetos extremamente massivos como buracos negros, escala atômica e subatômica, etc. )
Para simplificar, a mecânica relativística modifica a mecânica clássica, gerenciando corretamente velocidades próximas às da luz (ao contrário da mecânica clássica) e proibindo velocidades maiores que a luz (que são possíveis, em teoria, na mecânica clássica).
A mecânica quântica permite explicar, na escala atômica e subatômica, fenômenos que não podem ser explicados pela mecânica clássica, como a radiação de corpo negro , o efeito fotoelétrico ou a existência de linhas espectrais .
Para qualquer objeto físico com massa, qualquer mudança em seu estado resulta no gasto ou dissipação de energia.
A ideia do princípio da menor ação é que qualquer mudança (na direção, velocidade, etc. ) será alcançada transferindo o mínimo de energia possível de um sistema para outro, para alcançar a mudança em questão.
Em outras palavras, essa mudança será a que vai transferir a menor energia entre todas as mudanças possíveis ( princípio da menor ação ), e essa mudança não vai transferir mais energia do que o estritamente necessário ( primeiro princípio da termodinâmica ), se nós negligencie as perdas devido ao atrito, conversão de energia, etc. ( segundo princípio da termodinâmica ).
As unidades do Sistema Internacional utilizadas em mecânica são principalmente: