Mechanica is de tak van de fysica die zich bezighoudt met de beweging van objecten. Het begrijpen van mechanica is van cruciaal belang voor toekomstige wetenschappers, ingenieurs of nieuwsgierige mensen die willen weten wat de beste manier is om een sleutel vast te houden wanneer ze een band verwisselen.

Veel voorkomende onderwerpen in de studie van mechanica zijn de wetten van Newton, krachten, lineaire en roterende kinematica, momentum, energie en golven.
Newton's Laws

Sir Isaac Newton ontwikkelde onder andere drie bewegingswetten die cruciaal zijn voor het begrijpen van mechanica.

< li> Elk object in een staat van uniforme beweging zal in die staat blijven tenzij een externe kracht erop inwerkt. (Dit wordt ook wel de traagheidswet genoemd.
)

1. Netto kracht is gelijk aan massa maal versnelling.
   
2. Voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie.
   
   

   Newton formuleerde ook de universele wet van de zwaartekracht, die helpt bij het beschrijven van de aantrekkingskracht tussen twee objecten en de banen van lichamen in de ruimte.
   

   De wetten van Newton doen zo goed het voorspellen van de beweging van objecten die mensen vaak verwijzen naar zijn wetten en de daarop gebaseerde voorspellingen als Newtoniaanse mechanica of klassieke mechanica. Deze berekeningen beschrijven echter niet precies de fysieke wereld onder alle omstandigheden, ook niet wanneer een object dichtbij de snelheid van het licht reist of op een ongelooflijk kleine schaal werkt - speciale relativiteitstheorie en kwantummechanica zijn velden die fysici toelaten om beweging in het universum te bestuderen voorbij wat Newton zou kunnen onderzoeken.
   Krachten

   Krachten veroorzaken beweging. Een kracht is in wezen een duw of trek.
   

   Verschillende soorten krachten die een middelbare school of inleidende student zeker zal tegenkomen zijn: zwaartekracht, wrijving, spanning, elastische, uitgeoefende en veerkrachten. Natuurkundigen tekenen deze krachten die op objecten werken in speciale diagrammen genaamd vrije-lichaam diagrammen
   of krachtdiagrammen
   . Dergelijke diagrammen zijn van cruciaal belang bij het vinden van de netto kracht op een object, die op zijn beurt bepaalt wat er met zijn beweging gebeurt.
   

   De wetten van Newton vertellen ons dat een netto kracht ervoor zorgt dat een object zijn snelheid verandert, wat kan betekenen dat snelheid verandert of
   de richting verandert. Geen netto kracht betekent dat het object blijft zoals het is: bewegen met een constante snelheid of in rust.
   

   Een netto kracht
   is de som van meerdere krachten die op een object werken, zoals twee touwtrekploegen trekken aan een touw in tegengestelde richting. Het team dat harder trekt zal winnen, wat resulteert in meer kracht die zijn weg wijst; daarom versnellen het touw en het andere team in die richting.
   Lineaire en roterende kinematica
   

   Kinematica is een tak van de fysica waarmee de beweging eenvoudig kan worden beschreven door een reeks vergelijkingen toe te passen. Kinematica verwijst helemaal niet naar de onderliggende krachten, de oorzaak van de beweging. Daarom wordt kinematica ook beschouwd als een tak van de wiskunde.
   

   Er zijn vier hoofdkinematische vergelijkingen, die soms bewegingsvergelijkingen worden genoemd.
   

   De hoeveelheden die kunnen worden uitgedrukt in de kinematische vergelijkingen beschrijf lijn__ar beweging
   (beweging in een rechte lijn), maar elk van deze kan ook worden uitgedrukt voor rotatiebeweging
   (ook wel cirkelvormige beweging genoemd) met behulp van analoge waarden. Bijvoorbeeld, een bal die lineair over de vloer rolt, zou een lineaire snelheid v
   hebben, evenals een hoeksnelheid ω
   , die zijn spinsnelheid beschrijft. En terwijl een netto kracht
   een verandering in lineaire beweging veroorzaakt, veroorzaakt een netto koppel
   een verandering in de rotatie van een object.
   Momentum en energie
   

   Twee andere onderwerpen die in de mechanische tak van de natuurkunde vallen, zijn momentum en energie.
   

   Beide hoeveelheden zijn geconserveerd, wat betekent dat in een gesloten systeem de totale hoeveelheid momentum of energie niet kan veranderen. We verwijzen naar dit soort wetten als behoudswetten. Een andere veel voorkomende conservatiewet, meestal bestudeerd in de chemie, is behoud van massa.
   

   De wetten van behoud van energie en behoud van momentum stellen fysici in staat om de snelheid, verplaatsing en andere aspecten van de beweging van verschillende objecten die op elkaar inwerken te voorspellen met elkaar, zoals een skateboard dat over een helling rolt of biljartballen die botsen.
   Traagheidsmoment
   

   Traagheidsmoment is een sleutelbegrip bij het begrijpen van rotatiebewegingen voor verschillende objecten. Het is een hoeveelheid gebaseerd op de massa, straal en rotatieas van een object dat beschrijft hoe moeilijk het is om de hoeksnelheid te veranderen - met andere woorden, hoe moeilijk het is om het draaien te versnellen of te vertragen.
   

   Nogmaals, aangezien rotatiebeweging analoog aan lineaire beweging is, is het traagheidsmoment analoog aan het lineaire concept van traagheid, zoals gesteld door de eerste wet van Newton. Meer massa en een grotere straal geven een object een hoger traagheidsmoment en omgekeerd. Een extra grote kanonskogel door een gang rollen is moeilijker dan een volleybal rollen!
   Golven en Simple Harmonic Motion
   

   Golven zijn een speciaal onderwerp in de natuurkunde. Een mechanische golf verwijst naar een verstoring die energie door materie overbrengt - een watergolf of een geluidsgolf zijn beide voorbeelden.
   

   Eenvoudige harmonische beweging is een ander type periodieke beweging waarin een deeltje of voorwerp rond een vast punt oscilleert . Voorbeelden zijn een slinger met een kleine hoek die heen en weer slingert of een spiraalveer die op en neer stuitert zoals beschreven door Hooke's wet
   .
   

   Typische hoeveelheden die fysici gebruiken om golven te bestuderen en periodieke beweging zijn periode, frequentie, golfsnelheid en golflengte.
   

   Elektromagnetische golven of licht zijn een ander type golf dat door de lege ruimte kan passeren omdat energie niet door materie, maar door oscillerende velden wordt gedragen. ( Oscillatie
   is een andere term voor trillingen.
   ) Hoewel licht werkt als een golf en zijn eigenschappen kunnen worden gemeten met dezelfde hoeveelheden als een klassieke golf, fungeert het ook als een deeltje, wat kwantumfysica vereist om te beschrijven. Licht past dus niet helemaal in de studie van de klassieke mechanica.
   Wiskunde in de klassieke mechanica
   

   Natuurkunde is een zeer wiskundige wetenschap. Het oplossen van mechanica-problemen vereist kennis van:
   
   

3. Vectoren versus scalars
   
4. Een systeem definiëren
   
5. Een referentiekader instellen
   
6. Vector-optelling en vectorvermenigvuldiging
   
7. Algebra, en voor sommige tweedimensionale bewegingen, trigonometrie
   
8. Snelheid versus snelheid
   
9. Afstand versus verplaatsing
   
10. Griekse letters - deze worden vaak gebruikt voor eenheden en variabelen in fysica-vergelijkingen
    
    Eéndimensionale beweging versus beweging in twee dimensies
    

    De omvang van een cursus natuurkunde op een middelbare school of inleidende hogeschool omvat meestal twee moeilijkheidsniveaus bij het analyseren van mechanica-situaties : kijken naar eendimensionale beweging (eenvoudiger) en tweedimensionale beweging (harder).
    

    Beweging in één dimensie betekent dat het object langs een rechte lijn beweegt. Dit soort fysische problemen kan worden opgelost met behulp van algebra.
    

    Beweging in twee dimensies beschrijft wanneer de beweging van een object zowel een verticale als een horizontale component heeft. Dat wil zeggen, het beweegt in twee richtingen tegelijk .
    Dit soort problemen kan uit meerdere stappen bestaan en kan trigonometrie vereisen om op te lossen. beweging. Projectielbeweging is elk type beweging waarbij de enige kracht die op het object inwerkt zwaartekracht is. Bijvoorbeeld: een bal die in de lucht wordt gegooid, een auto die van een klif rijdt of een pijl die op een doel wordt geschoten. In elk van deze gevallen volgt het pad van het object door de lucht de vorm van een boog, die zowel horizontaal als verticaal beweegt (naar boven en dan naar beneden of net naar beneden).