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Mechanics
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역학(Mechanics, 고대 그리스어: μμμμαδδαδ, mēkhanik, "기계")[1][2]은 물리적인 [3]물체들 사이의 힘, 물질, 움직임 사이의 관계에 관한 수학과 물리학의 영역이다.물체에 가해지는 힘은 물체의 환경에 대한 위치 변화 또는 변위를 초래합니다.

물리학의 이 분야에 대한 이론적 설명은, 예를 들어, 아리스토텔레스와[4][5][6] 아르키메데스의 글에서 기원한다.초기 현대 시대 동안, 갈릴레오, 케플러, 호이겐스, 그리고 뉴턴과 같은 과학자들은 현재 고전 역학으로 알려진 것의 기초를 닦았다.

고전 물리학의 한 분야로서, 역학은 정지해 있거나 빛의 속도보다 훨씬 낮은 속도로 움직이는 물체를 다룬다.그것은 또한 양자 영역에 있지 않은 물체의 움직임을 다루고 힘을 가하는 물리 과학으로 정의될 수 있다.

역사

주요 기사:고전역학의 역사와 양자역학의 역사

고대

주요 기사:아리스토텔레스 역학

고대 그리스 철학자들은 추상적인 원리가 자연을 지배한다고 제안한 최초의 사람들 중 하나였다.고대 역학의 주요 이론은 아리스토텔레스 역학이었지만, 다른 이론은 종종 그의 후계자 중 한 명에게 기인한 유사 아리스토텔레스 역학 문제에서 드러난다.

고대 그리스로 거슬러 올라가는 또 다른 전통이 있는데, 피타고라스 아치타스의 [7]이전 연구에 의해 자극되었을 수 있는 접근법인 수학이 정적인 또는 역동적으로 물체를 분석하기 위해 더 광범위하게 사용되었다.이 전통의 예로는 의사 유클리드, 아르키메데스, 영웅, [8][9]파푸스 등이 있다.

중세 시대

주요 기사:자극 이론
아랍어로 된 기계로 날짜가 불분명한 사본입니다.

중세 시대에 아리스토텔레스의 이론은 6세기 존 필로포누스를 시작으로 많은 인물들에 의해 비판되고 수정되었다.가장 큰 문제는 히파르코스와 필로포누스가 논의한 발사체 운동이었다.

페르시아의 이슬람 박식가 이븐 소나는 치유책 (1020)에 그의 운동 이론을 발표했다.그는 투척자에 의해 발사체에 추진력이 주어지고, 그것을 [10][11][12]소멸시키기 위해서는 공기 저항과 같은 외부 힘이 필요하다고 말했다.이븐 시나는 '힘'과 '경사'(mayl이라고 함)를 구별했고, 물체가 자연의 움직임과 반대일 때 그 물체가 힘을 얻는다고 주장했다.그래서 그는 운동의 지속은 물체에 전달되는 기울기에 기인하며, 그 물체는 5월이 다 될 때까지 움직일 것이라고 결론지었다.그는 또한 진공에 있는 발사체는 그것이 작용하지 않으면 멈추지 않을 것이라고 주장했는데, 이는 뉴턴의 [13]제1운동법칙과 일치한다.

12세기 유대 아랍 학자 히바트 알라 아부엘 바라카트 알 바그다디(이라크 바그다드 나다니엘 출생)는 일정한 힘의 지배를 받는 것에 대해 끊임없는 힘은 지속적인 가속력을 부여한다고 말했다.Shlomo Pines에 따르면, 알-바그다디의 운동 이론은 "아리스토텔레스의 기본 역학 법칙에 대한 가장 오래된 부정, 즉 일정한 힘이 균일한 운동을 만든다는 것"이었고, 고전 역학의 기본 법칙에 대한 막연한 형태의 기대입니다."[14]

14세기 프랑스 신부 장 부리단은 이븐[15] 시나와 [16]알-바그다디와 같은 초기 작가들의 영향을 받아 관성, 속도, 가속, 운동량의 현대 이론으로 발전한 자극 이론을 발전시켰다.이 작품과 다른 작품들은 14세기 영국에서 토마스 브래드워딘과 같은 옥스포드 계산기에 의해 개발되었는데, 그는 떨어지는 신체에 관한 다양한 법칙을 연구하고 공식화했다.물체의 주요 특성이 균일하게 가속되는 운동이라는 개념은 14세기 옥스퍼드 계산기에 의해 밝혀졌습니다.

근대 초기

타콜라가 그린 유럽 최초의 피스톤 펌프 그림, c.[17] 1450.

초기 현대 시대의 두 명의 중심 인물은 갈릴레오 갈릴레이와 아이작 뉴턴이다.갈릴레오는 그의 역학, 특히 낙하하는 물체에 대한 마지막 진술은 그의 두 개의 새로운 과학이다.뉴턴의 1687년 자연 원리 수학은 새롭게 개발된 미적분 수학과 뉴턴 [9]역학의 기초를 제공하면서 역학의 상세한 수학적 설명을 제공했습니다.

다양한 아이디어의 우선순위에 대한 논란이 있습니다.뉴턴의 프린키피아는 확실히 중요한 작품이고 엄청난 영향력을 가지고 있으며, 미적분의 발달 없이는 수학 결과 중 많은 것들이 더 일찍 발표될 수 없었을 것이다.하지만, 특히 관성과 추락하는 신체에 관한 많은 생각들은 크리스티안 호이겐스와 덜 알려진 중세 이전 학자들에 의해 개발되었습니다.과학적 언어와 증거의 기준이 바뀌었기 때문에 정확한 신용은 때때로 어렵거나 논쟁의 여지가 있다. 그래서 중세 진술이 현대 진술과 동등하거나 충분한 증거인지, 또는 대신에 현대 진술과 가설과 비슷한지는 종종 논쟁의 여지가 있다.

근대

역학의 두 가지 주요한 현대적 발전은 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자 역학이며, 둘 다 부분적으로 19세기 이전의 아이디어에 기초해 20세기에 개발되었다.현대 연속체 역학, 특히 탄성, 소성, 유체 역학, 전기 역학 및 변형 가능한 매체의 열역학 분야의 발전은 20세기 후반에 시작되었다.

기계 본체의 종류

흔히 사용되는 본체는 입자, 발사체, 우주선, 별, 기계의 부품, 고체의 부품, 유체의 부품(가스 및 액체) 등을 포함한 다양한 종류의 물체를 의미해야 합니다.

역학의 다양한 하위 분야 간의 다른 차이점은 기술되는 물체의 본질과 관련이 있습니다.입자는 (알려진) 내부 구조가 거의 없는 물체이며, 고전 역학에서 수학적 점으로 취급됩니다.강체는 크기와 모양을 가지고 있지만 입자에 가까운 단순함을 유지하며, 공간에서의 방향과 같은 몇 가지 소위 자유도를 더합니다.

그렇지 않으면 차체는 반강성, 즉 탄성 또는 비강성, 즉 유체일 수 있습니다.이 과목들은 고전적인 학문과 양자적인 학문 구분이 있다.

예를 들어, 궤도와 자세에 관한 우주선의 움직임은 고전 역학의 상대론적 이론에 의해 묘사되는 반면, 원자핵의 유사한 움직임은 양자 역학에 의해 묘사된다.

하위 분야

다음은 역학에서 연구되는 다양한 과목의 두 가지 목록입니다.

물리학의 별도 분야를 구성하는 "장 이론"도 있다는 것을 주목하세요.이 이론은 고전장이든 양자장이든 공식적으로 역학과는 구별되는 것으로 간주됩니다.그러나 실제로 역학과 분야에 속하는 과목들은 밀접하게 연관되어 있다.따라서, 예를 들어, 입자에 작용하는 힘은 종종 장(전자파 또는 중력)에서 파생되고, 입자는 장(場)을 발생원으로 작용하여 장(場)을 생성한다.사실 양자역학에서 입자 자체는 이론적으로 파동함수에 의해 기술된 필드입니다.

고전적인

월터 르윈 교수는 MIT 과정 8.[18]01에서 뉴턴의 만유인력의 법칙을 설명한다.

다음은 고전 역학을 형성하는 것으로 설명됩니다.

양자

다음은 양자역학의 일부로 분류됩니다.

  • 슈뢰딩거 파동역학. 단일 입자의 파동함수의 움직임을 설명하는 데 사용됩니다.
  • 매트릭스 역학은 유한 차원 상태 공간을 가진 시스템을 고려할 수 있는 대체 공식입니다.
  • 양자 통계 역학은 일반적인 양자 역학을 일반화하여 알려지지 않은 상태의 시스템을 고려하며, 종종 열역학적 특성을 도출하는 데 사용됩니다.
  • 입자물리학, 입자의 운동, 구조 및 반응
  • 핵물리학, 핵의 운동, 구조 및 반응
  • 응집물리학, 양자가스, 고체, 액체 등

역사적으로, 고전 역학은 양자 역학의 발전 이전에 거의 25년 동안 존재해 왔다.고전역학은 아이작 뉴턴의 운동법칙에서 비롯되었으며, 17세기에 걸쳐 발전되었다.양자역학은 이후 플랑크의 가정과 광전 효과에 대한 알버트 아인슈타인의 설명에 의해 19세기에 걸쳐 발전했다.두 분야 모두 일반적으로 물리적 자연에 대한 가장 확실한 지식을 구성하기 위해 사용됩니다.

고전 역학은 특히 다른 소위 말하는 정확한 과학의 모델로 여겨져 왔다.이 점에서 필수적인 것은 이론에서 수학을 광범위하게 사용하는 것뿐만 아니라 그것들을 생성하고 테스트하는 데 있어 실험에 의해 수행되는 결정적인 역할이다.

양자역학은 제한된 상황에서 적용되는 하위 분야로서 고전역학을 포괄하기 때문에 더 넓은 범위를 가지고 있다.대응원칙에 따르면, 두 주제 사이에는 모순이나 충돌이 없으며, 각각은 단지 특정한 상황과 관련이 있을 뿐이다.대응 원리는 양자 이론에 의해 기술된 시스템의 행동이 큰 양자 수의 한계에서 고전 물리학을 재현한다고 말한다. 즉, 양자 역학을 큰 시스템(예: 야구)에 적용한다면, 결과는 고전 역학을 적용했다면 거의 같을 것이다.양자역학은 기초 수준에서 고전역학을 대체했고 분자, 원자 및 아원자 수준에서 과정을 설명하고 예측하는 데 필수적입니다.그러나 거시적 프로세스의 경우 고전 역학은 양자 역학에서 다루기 어려운(주로 계산 한계 때문에) 문제를 해결할 수 있으며, 따라서 유용하고 잘 사용되는 상태로 남아 있습니다.이러한 행동에 대한 현대적 설명은 변위(이동 거리), 시간, 속도, 가속도, 질량 및 힘과 같은 양에 대한 신중한 정의에서 시작됩니다.그러나 약 400년 전까지만 해도 운동은 매우 다른 관점에서 설명되었다.예를 들어, 그리스 철학자이자 과학자 아리스토텔레스의 생각에 따라, 과학자들은 대포알이 지구에 있기 때문에 떨어졌다고 추론했다; 태양, 달, 그리고 별들은 완벽한 원을 그리며 이동하는 천체의 본성이기 때문에 지구 주위를 돌고 있다.

종종 현대 과학의 아버지로 인용되는 갈릴레오는 그의 시대의 다른 위대한 사상가들의 아이디어를 모아 어떤 출발 위치에서 이동한 거리와 그것이 걸린 시간으로 운동을 계산하기 시작했다.그는 낙하하는 물체의 속도가 떨어지는 동안 꾸준히 증가한다는 것을 보여주었다.이 가속도는 공기 마찰(공기 저항)을 줄인다면 무거운 물체와 가벼운 물체의 가속도가 동일합니다.영국의 수학자이자 물리학자 아이작 뉴턴은 힘과 질량을 정의하고 가속도와 연관시킴으로써 이 분석을 개선했다.빛의 속도에 가까운 속도로 이동하는 물체의 경우, 뉴턴의 법칙은 알버트 아인슈타인의 상대성 이론으로 대체되었다.[아인슈타인 상대성 이론의 계산상 복잡성을 나타내는 문장]원자 입자와 아원자 입자의 경우, 뉴턴의 법칙은 양자 이론으로 대체되었다.하지만, 일상적인 현상에 있어서, 뉴턴의 세 가지 운동 법칙은 움직임을 일으키는 원인에 대한 연구인 역학의 주춧돌로 남아 있다.

상대론적

양자와 고전 역학의 차이와 유사하게, 알버트 아인슈타인의 일반적이고 특별한 상대성 이론은 뉴턴과 갈릴레오의 역학 공식의 범위를 확장했습니다.상대론적 역학과 뉴턴 역학의 차이는 물체의 속도가 빛의 속도에 가까워짐에 따라 의미심장해지고 심지어 지배적이 된다.예를 들어, 뉴턴 역학에서, 자유로운 입자의 운동 에너지 .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac .num,.mw-parser-output.sfrac .den{E=.mw-parser-output 있다.디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}1/2mv2, 상대론적 역학에서 γ는 로런츠 인자 반면에, 그것은 E=(γ-1)mc2(;이 공식은 감소한다. 낮은 에너지 한계 보더에서 뉴턴 표현).[19]

고에너지 과정의 경우, 양자역학은 특수 상대성 이론을 설명하도록 조정되어야 한다. 이것은 양자장 [20]이론의 발전으로 이어졌다.

프로페셔널 조직

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

외부 링크

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