Redigerer Klassisk mekanikk

{{referanseløs}}
[[Fil:Orbital motion.gif|miniatyr|Diagram over viser en satellitt som går i bane rundt jorden, akselerasjons pilen viser retningen av kraftsummen på satellitten]]
'''Mekanikken''' er den delen av [[fysikk]]en som befatter seg med deformasjon eller bevegelse (eller manglende bevegelse) av [[materie]] ved påvirkning av [[Kraft|krefter]]. Mekanikk deles tradisjonelt i [[statikk]], [[kinematikk]] og [[dynamikk (mekanikk)|dynamikk]]. Mekanikkens utgangspunkt er at materialet som utsettes for krefter er å betrakte som en [[Punktpartikkel|partikkel]] (dvs. et massepunkt), det vil si at all [[masse]] er konsentrert i ett [[punkt]] og legemet har følgelig ikke noen utstrekning. Dette idealiserte utgangspunktet utvides i forskjellige retninger innenfor mekanikken. 

== Inndeling av mekanikken etter materialets beskaffenhet ==
<div>
{| width="45%" style="float: right; margin-left: 0.2em; border: 1px solid #333" border="0"
|+ Inndeling av mekanikkens materiebegrep
|-----
! colspan="3" | 
----
|-----
! colspan="2" | Kan materien regnes å ha fast ...
! rowspan="2" | &nbsp;
|-----
! form?
! volum?
|-----
| colspan="3" | 
----
|-----
| align="center" | Ja || align="center" | &nbsp;
| '''Stivt legeme'''. Eks: En stein
|-----
| colspan="3" | 
----
|-----
| align="center" | Nei || align="center" | Ja
| '''Inkompressibel væske'''. Eks: En vanndråpe
|-----
| colspan="3" | 
----
|-----
| align="center" | Nei || align="center" | Nei
| '''Fluid'''. Eks: Freongass i kjøleskapet
|-----
| colspan="3" | 
----
|}

Mekanikken kan deles i underområder avhengig av hvilken beskaffenhet materien kan regnes å ha, for eksempel stivt legeme, inkompressibel væske eller [[fluid]]. 

[[Fluidmekanikk]]en regner at materien kan endre både geometrisk form og volum og er således å regne som et fluid. Massens mengde (eller beløp) er imidlertid regnet som konstant. Dette er en gjennomgående forutsetning innen alle mekanikkens fagfelter. Innen mekanikken er det en forutsetning at det verken forsvinner – eller oppstår masse innen det lukkede systemet som observeres. 
([[Einstein|Albert Einstein]] påviste at denne forutsetningen bare er tilnærmelsesvis riktig og bare i den grad de relative hastighetene innen systemet kan sies å være vesentlig mindre enn lyshastigheten, se [[relativitetsteorien]].) [[Aerodynamikk]] (forstavelsen aero betyr luft) er et område under fluidmekanikken. 

Er materien å betrakte som et stivt legeme, befattes dette av [[statikk]], [[dynamikk (mekanikk)|dynamikk]], [[kinetikk]] og [[kinematikk]]. Innen disse fagområdene er det vanlig å regne legemets deformasjoner som neglisjerbare eller i alle fall å ha en neglisjerbar betydning for kraftvirkningen som observeres.  

Forutsetningene for materien innen underområdet [[hydromekanikk]] (forstavelsen hydro betyr vann),  er at den betraktes som væske
som ikke kan presses sammen (dvs. en inkompressibel væske) og volumet av massen er derfor konstant. Dette innebærer at materien kan endre geometrisk form, og forskjellige deler av væsken kan bevege seg i forskjellige retninger og med forskjellig hastighet. Havbølger er eksempel på slik bevegelse. Hydromekanikk inndeles gjerne i [[hydrostatikk]] og [[hydrodynamikk]]. 
</div>

==Inndeling av mekanikken etter materialets evne til energilagring==
I mekaniske systemer er [[spenning (mekanikk)|spenninger]] å betrakte som krefter som fordeles over en flate eller et volum. Spenninger 
er å regne som belastning på systemet og deles etter sin kraftvirkning (dvs. sin måte å gi opphav til deformasjonsenergi eller bevegelsesenergi innen materialet) i skjærspenninger og normalspenninger (dvs. trykk- og strekkspenninger). Et stivt legeme har evne til å belastes med både [[normalspenninger]] og [[skjærspenninger]], mens en væske bare kan belastes med [[trykkspenning]]er. Ut fra kraftvirkningen kan man tilsvarende dele mekanikken inn i de underområdene som tidligere nevnt. 

For stive legemer er kraftvirkningen av skjærkrefter deformasjoner såsom nedbøying mens normalkrefter gir deformasjoner som stukning eller strekning (tøyning). Kraften virker derfor slik at systemet har fått økt sin deformasjonsenergi. For fluider kan skjærkrefter gi opphav til strømvirvler (turbulens) innen systemet mens normalkrefter fordeler seg homogent i alle retninger og gir det som kalles hydrostatisk [[trykk]]. I dette tilfellet er energien fra kraften overført som dels dynamisk virvlingsenergi, dels laminær strømningsenergi og dels deformasjonsenergi.

== Mekanikkens historie ==
[[Isaac Newton]] la grunnlaget for denne delen av fysikken med sitt banebrytende verk ''[[Philosophiæ naturalis principia mathematica]]'' ([[1687]]). Men Newton var selv svært bevisst at hans arbeid bygget på tidligere utført arbeid av [[Johannes Kepler|Kepler]], [[Galileo Galilei|Galilei]] og [[Kopernikus]].  Newton erstattet den [[Aristoteles|Aristoteliske]] bevegelseslære.  Etterhvert kom andre mekaniske teorier fra matematikere som [[d'Alembert]],  [[Joseph Louis Lagrange]], [[Pierre-Simon Laplace]], [[William Rowan Hamilton]] og flere.  Disse ble betraktet som alternative formuleringer av samme fysiske fenomen, og ikke i strid med Newton.  Det finnes riktignok ikke noe formelt bevis for at de forskjellige formuleringene er ekvivalente.  Newton ble ikke motsagt før inntil begynnelsen av [[20. århundre|1900-tallet]], da personligheter som [[Max Planck]], [[Albert Einstein]] og [[Niels Bohr]] fant løsninger på problemer som:
* Hvordan fungerer [[Newtons lover]] sammen med den da nyoppdagede [[atomfysikk]]en?
* Hvorfor stemmer ikke Newtons lover med de stadig mer nøyaktige målingene til [[astronom]]ene?
* Er [[lys]] en [[bølge]] eller er det en strøm av [[Elementærpartikkel|partikler]]?  
* Hvorfor var det så vanskelig å forene Newtons mekanikk med den nyutviklede [[elektromagnetisme]]n?
* Hva er [[gravitasjon]] og hvordan virker det?

Den klassiske mekanikken kunne ikke gi noen gode svar på disse spørsmålene, og man måtte finne nye løsninger.
[[Relativitetsteorien]] ble utviklet, sammen med [[kvantemekanikk]] og annet som bygger på dette.

=== Newtons lover ===
Grunnlaget for den klassiske mekanikken ble lagt 5. juli 1687 med [[Isaac Newton]]s verk ''[[Philosophiae Naturalis Principia Mathematica]]'', ofte bare kalt ''Principia'', som her bygget videre [[Galileo Galilei]]s arbeider på 1600-tallet.

I Principia formulerte Newton sine tre grunnleggende lover, som med moderne terminologi og språkbruk lyder:
# Et legeme som ikke utsettes for ytre krefter forblir i ro eller i en rettlinjet bevegelse med konstant hastighet.
# Akselerasjonen til et legeme er direkte proporsjonal med resultantkraften som virker på legemet, og omvendt proporsjonal med legemets masse.
# Om to legemer påvirker hverandre, er kraften som virker fra det første legemet på den andre like stor og motsatt rettet til kraften som virker fra det andre legemet mot den første.

Selv om den klassiske mekanikken har blitt ytterligere utviklet siden Newtons lover ble formulert utgjør disse grunnprinsippene fortsatt fundamentet for emnet.

==== Inertialramme, kraftbegrepet ====
Selv om Newtons første to lover er rimelig enkle har de ofte vært gjenstand for debatt, og noen fullstendig konsensus om tolkningen av dem kan ikke sies å foreligge.

Ettersom begrep som ro og hastighet inngår i formuleringen av lovene, er det åpenbart at en form for referanseramme må finnes for at slike begreper skal være meningsfulle. En referanseramme der Newtons lover gjelder benevnes gjerne som en inertialramme (inertialsystem, treghetssystem). Ettersom krefter i klassisk mekanikk forutsettes å være objektive størrelser, det vil si uavhengig av referanseramme, kan en godtagbar referanseramme ikke akselerere. Det er derfor riktig å kreve at en inertialramme skal være fast, men ettersom det ikke finnes noe fast punkt i universet forblir likevel problemet uløst. Den eneste innvendningsfrie definisjonen er at en inertialramme er en referanseramme der Newtons første lov er gyldig. Dessverre er det praktisk talt umulig å gjennomføre eksperimenter på legemer uten kraftpåvirkning ettersom dette skulle forutsette at legemet befinner seg på behørig avstand fra all annen materie. 

Eksperimenter viser imidlertid at for de fleste praktiske tillempninger gir en jordfast referanseramme god overensstemmelse mellom teori og eksperiment. Riktignok kreves det i situasjoner der jordrotasjonen er av betydning, for eksempel satellittbevegelse, vind og havstrømmer, en referanseramme som ikke følger jorden i dens rotasjon. For studier av planeters bevegelse kreves en referanseramme som er fiksert i forhold til solen og så videre. Konklusjonen er at noen absolutt inertialramme som er universelt anvendbar ikke kan defineres, men at det for hver enkelt tillempning bør være mulig å finne en referanseramme der Newtons lover gjelder med tilstrekkelig god approksimasjon. Selv om Newton i ''Principia'' ikke utviklet sine tanker angående referanserammer, har det blitt hevdet at årsaken til at han delte opp sine to første lover var at han så den første som en måte å fastsette en gyldig referanseramme. Dersom dette ikke var tilfelle hadde den første loven bare vært et spesialtilfelle av den andre, en beskrivelse som iblant legges fram i elementære lærebøker.

Om den første loven anvendes for å definere en gyldig referanseramme, kan den andre loven sies å beskrive hvordan et legeme beveger seg i dette referansesystemet da den påvirkes av krefter. Her er det delte meninger om hvordan begrepet ''krefter'' skal tolkes. En oppfatning er at den andre loven skal ses som en definisjon av begrepet kraft i form av masse og akselerasjon. Det fins minst tre sterke innvendinger mot dette synspunktet. For det første defineres bare summen av de de virkende kreftene på legemet, selv om det er slik at legemet påvirkes av et antall ulike krefter med forskjellige kilder. For det andre blir hele definisjonen meningsløs for et legeme i ro. For det tredje fins det ingen muligheter til å gjøre noen som helst forutsigelser om virkeligheten med et slikt synspunkt. 

En mer framkommelig vei skulle kunne være å la krefter defineres av andre fysiske lover, det vil si lovene for [[gravitasjon]] og [[elektromagnetisme]]. Dette må være mulig å utføre i teorien, men i praksis er det ikke mulig å utføre kvantitative beregninger på denne måten. I den klassiske mekanikken betraktes derfor krefter som et begrep der kraften som et legeme utøver på en annen defineres fra tilfelle til tilfelle avhengig av opprinnelse. Visse krefter er bestemte av det påvirkede legemets posisjon og bevegelsestilstand, for eksempel gravitasjonskrefter, elastiske kontaktkrefter, luft- og strømningsmotstand, og kan beregnes ved hjelp av eksisterende modeller. Andre krefter oppstår ved kontakter der et legeme er utsatt for friksjon, det vil si en innskrenkning i dets mulighet til å forflytte seg.

== Anvendelser ==
Den klassiske mekanikken blir nå sett på som et spesialtilfelle av de nyere og mer generelle teoriene. Newtons arbeider brukes fortsatt i stor utstrekning, men med to viktige forbehold.
Klassisk mekanikk kan ikke brukes til å beskrive forhold som:
# har noe med [[atom]]er eller [[kjernepartikkel|kjernepartikler]] å gjøre, eller som er så små at atomenes indre egenskaper får betydning.
# beveger seg i nærheten av [[lysets hastighet]]. En tommelfingerregel er at klassisk mekanikk gir gode resultater for hastigheter under 10% av lyshastigheten.  Da er den relativistiske korreksjonen mindre enn 0,5%.

På mer avansert nivå har man utviklet metoder for å se på et hvert [[materiale]] som en uendelig mengde med uendelig små gjenstander (partikler) som påvirker hverandre etter Newtons lover. Man samler sammen disse partiklene i et sett med [[integral]]er, og behandler det som et kontinuerlig [[Medium (fysikk)|medium]].  Dette kalles [[kontinuumsmekanikk]].   Metodene bryter selvfølgelig med ideen om et gitt antall atomer, men ble utviklet lenge før [[atomfysikk]]en og gjelder fortsatt under de samme betingelsene som den klassiske mekanikken.

Gjennom kontinuumsmekanikken, gjerne kombinert med [[termodynamikk]] og forskjellige andre teorier, brukes klassisk mekanikk fortsatt i forskning og beregninger innen:
* [[kraft|Krefter]] og [[spenning (mekanikk)|spenninger]] i [[Faststoff|faste stoffer]], [[konstruksjon]]er og materialer.
** Styrkeberegninger innen [[Bygg- og anleggsvirksomhet|bygg]], anlegg og industri. Biler, hus, båter osv.
** [[Elastisitet]]
** Brudd
* Strømninger i [[væske]]r og [[gass]]er.
** [[Turbulens]] (strømvirvler og andre tilsynelatende kaotiske strømninger)
** [[Meteorologi]] (værsystemer)
** [[Oseanografi]] (strømninger i sjø og hav)
** [[Geofysikk]] ([[vulkansk masse|vulkanske masser]], strømninger i [[jordens indre]])
** [[Klimaberegning]]er
** Påvirkning på biler, hus, båter og andre konstruksjoner
* Stoffer som befinner seg mellom [[Faststoff|fast masse]], [[væske]]- og [[gass]]form, og gjerne [[grenseverdi]]ene mellom disse.

== Eksterne lenker ==
* {{SNL}}

{{Klassisk mekanikk}}
{{Fysikk}}
{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Klassisk mekanikk]]
[[Kategori:1000 artikler enhver Wikipedia bør ha]]