Το σημείο αυτό είναι μια ευκαιρία να καλύψουμε κάποια κενά σε έννοιες και αντιλήψεις που πιθανός είχατε ή σας δημιουργήσαμε, πριν προχωρήσουμε την δημοσίευση περισσότερων άρθρων αστροφυσικής. Στη φυσική, η Κλασική Μηχανική είναι ένας από τούς δύο κύριους κλάδους της Μηχανικής, η οποία ασχολείται με το σύνολο των Φυσικών Νόμων που περιγράφουν την κίνηση σωμάτων υπό την επήρεια ενός συστήματος δυνάμεων.
Η μελέτη της κίνησης των σωμάτων είναι αρχαία, κάνοντας την κλασική μηχανική έναν από τους παλαιότερους και ευρύτερους κλάδους της φυσικής, της μηχανικής και της τεχνολογίας.
Η κλασική μηχανική περιγράφει την κίνηση μακροσκοπικών αντικειμένων, από βλήματα έως και μέρη μηχανικών συστημάτων, καθως και αστρονομικών αντικειμένων, όπως διαστημόπλοια, πλανήτες, αστέρια, και γαλαξίες.
Εκτός αυτών, πολλές ειδικεύσεις μέσα στον τομέα ασχολούνται με Ρευστά (Αέρια, Υγρά), Στερεά, και άλλα ειδικά ζητήματα. Η κλασική μηχανική παρέχει εξαιρετικά ακριβή αποτελέσματα εφόσον το πεδίο της μελέτης περιορίζεται σε μεγάλα αντικείμενα και σε ταχύτητες που δε πλησιάζουν αυτήν του φωτός. Όταν έχουμε να κάνουμε με αντικείμενα αρκετά μικρά, είναι απαραίτητο να εισάγουμε τον άλλο κύριο κλάδο της μηχανικής την, κβαντομηχανική, η οποία συνενώνει τους μακροσκοπικούς νόμους της φυσικής με την Ατομική φύση της ύλης και χειρίζεται την κυματο-σωματιδιακή δυικότητα των ατόμων και των μορίων. Σε περιπτώσεις που η ταχύτητα των αντικειμένων πλησιάζει αυτήν του φωτός, η κλασική μηχανική επεκτείνεται από την Ειδική Σχετικότητα. Η Γενική Σχετικότητα ενώνει την Ειδική Σχετικότητα με τον νόμο της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα, επιτρέποντας στους φυσικούς να χειριστούν την βαρυτική έλξη σε βαθύτερο επίπεδο.
To Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)
Το μετρικό σύστημα καθορίστηκε στη Γαλλία στα τέλη του 18ου αιώνα και χρησιμοποιήθηκε ως σύστημα μέτρησης στις περισσότερες χώρες του κόσμου. Το 1960 καθορίστηκε μετά από διεθνή συμφωνία, το Διεθνές Σύστημα Μονάδων: SI (από τα αρχικά των γαλλικών λέξεων Système International d' Unités). Το σύστημα SI περιέχει 7 θεμελιώδη μεγέθη με τις χαρακτηριστικές μονάδες τους. Όλα τα άλλα μεγέθη που χρησιμοποιούνται είναι παράγωγα των θεμελιωδών αυτών μεγεθών. Παρά την προσπάθεια των επιστημόνων για την πλήρη επικράτηση του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σήμερα και άλλες μονάδες, π.χ. η πίεση ενός αερίου εκφράζεται συνήθως σε atm και όχι σε pascal - Pa (N/m2 , όπου Ν= Kg.m/s2).
Θεμελιώδη Μεγέθη, Mάζα.
Η μάζα είναι εγγενής ιδιότητα των φυσικών σωμάτων. Μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχεται σε ένα σώμα. Στο σύστημα μονάδων SI, η μάζα μετράται σε χιλιόγραμμα και αποτελεί θεμελιώδη μονάδα μέτρησης στο σύστημα αυτό.
Τα μεγέθη μάζα και βάρος είναι διαφορετικά. Ένα σώμα έχει την ίδια μάζα σ' όλα τα μέρη της γης, έχει όμως διαφορετικό βάρος από τόπο σε τόπο. Το βάρος είναι συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους και της απόστασης του σώματος από την επιφάνεια της θάλασσας.
Μάζα είναι το μέτρο της αντίστασης που παρουσιάζει ένα σώμα ως προς τη μεταβολή της ταχύτητάς του και εκφράζει το ποσό της ύλης που περιέχεται σε μία ουσία.
Η μάζα είναι κυρίαρχο μέγεθος στη χημεία και η μέτρησή της γίνεται με τη βοήθεια ζυγών. Παρ' όλο που η μονάδα μέτρησης στο SI είναι το χιλιόγραμμο (Kg), πολύ συχνά χρησιμοποιούνται υποπολλαπλάσιά της όπως το γραμμάριο (g) και χιλιοστόγραμμο (mg).
Όγκος είναι ο χώρος που καταλαμβάνει ένα σώμα.
Στο σύστημα SI θεμελιώδες μέγεθος είναι το μήκος, με μονάδα το μέτρο (m), και παράγωγο αυτού μέγεθος είναι ο όγκος, εκφρασμένος σε κυβικά μέτρα (m3). Στο χημικό εργαστήριο συνήθως χρησιμοποιούνται μικρότερες μονάδες, όπως είναι το κυβικό δεκατόμετρο (dm3), που είναι περίπου ίσο με το λίτρο (L), και το κυβικό εκατοστόμετρο (cm3), που είναι περίπου ίσο με το χιλιοστόλιτρο (mL).
Στη σχετικιστική μηχανική, η μάζα ενός σώματος εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς για το οποίο μιλάμε και υπόκειται σε διορθώσεις όταν εκείνο κινείται με σχετικιστικές ταχύτητες. Περισσότερο όμως θα μας απασχολήσει το μέγεθος της μάζας στην σχετικιστική μηχανική καθώς και ο τύπος υπολογισμού της, στο άρθρο μας που θα ακολουθήσει για την Θεωρία της Σχετικότητας.
Θεμελιώδη Μεγέθη, Μήκος.
- Το μήκος μιας γραμμής που αναλύεται σε δύο γραμμές ισούται με το άθροισμα των μηκών των δύο γραμμών.
- Το μήκος δύο ίσων γραμμών είναι ίδιο.
- Το μήκος μιας γραμμής που τείνει σε μια σταθερή γραμμή τείνει να ισούται με το μήκος της σταθερής γραμμής.
Με άλλα λόγια το μήκος είναι ένα μέγεθος μέτρησης γραμμών, αντίστοιχο με το εμβαδόν και τον όγκο. Το μήκος συνεκδοχικά έχει λάβει και μία άλλη έννοια σαν διάσταση. Συνήθως η μεγαλύτερη (οριζόντια) διάσταση ενός αντικειμένου καλείται μήκος, ενώ η άλλη οριζόντια καλείται πλάτος και η κατακόρυφη ύψος. Αν και οι τρεις διαστάσεις έχουν διαφορετικό όνομα δε διαφέρουν ως προς τις κύριες ιδιότητές τους, για αυτό και οι τρεις μετρούνται με τον ίδιο τρόπο και τις ίδιες μονάδες. Το μήκος μπορεί να θεωρηθεί ως τιμή μιας συνάρτησης, η οποία δέχεται ως ορίσματα γραμμές και δίνει ως τιμές θετικούς αριθμούς.
Από τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι το μήκος ενός σημείου είναι (ή σε πιο αυστηρή μαθηματική γλώσσα το μήκος μιας γραμμής που τείνει να εκφυλιστεί σε σημείο τείνει στο) 0 και αντίστροφα ότι αν το μήκος μιας γραμμής είναι μηδέν, τότε αυτή είναι σημείο (αν μια γραμμή τείνει να εκφυλιστεί σε σημείο, το μήκος τείνει στο μηδέν).
Η μονάδα μέτρησης του μήκους στο Διεθνές σύστημα μονάδων είναι:
- Το μέτρο θεμελιώδης μονάδα μέτρησης
- Το Εκατοστό
- Το Χιλιοστό και
- Το Χιλιόμετρο (παράγωγη μονάδα)
Ένας άλλος στερεότυπος ορισμός για τον χρόνο είναι "ένα μη χωρικό γραμμικό συνεχές στο οποίο τα γεγονότα συμβαίνουν με εμφανώς μη αναστρέψιμη τάξη". Πρόκειται για μείζονα έννοια η οποία λειτουργεί τόσο ως θεμελιώδης οντότητα, όσο και ως σύστημα μέτρησης.
Επί του παρόντος ο χρόνος νοείται ως θεμελιώδης ποσότητα και όπως οι άλλες θεμελιώδεις ποσότητες -χώρος και μάζα- καθορίζεται μέσω της μέτρησης. Συνεπώς είναι μέγεθος. Για την φυσική ο χρόνος είναι διάσταση που επιτρέπει σε δύο ταυτόσημα γεγονότα που συμβαίνουν στο ίδιο σημείο στον χώρο, να διακρίνονται μεταξύ τους.
Αν και οι φιλόσοφοι τείνουν να περιγράφουν το έργο του Αϊνστάιν ως έναρξη της επιστημονικής επανάστασης του 20ου αιώνα, πολλές από αυτές τις επαναστατικές ιδέες δεν ήταν ακριβώς πρωτότυπες. Το 1898, για παράδειγμα, ο Ζυλ Ανρί Πουανκαρέ (Jules Henri Poincaré) (1854–1912), ο Γάλλος μαθηματικός, έθεσε το ζήτημα του απόλυτου ταυτόχρονου σχολιάζοντας ότι δεν έχουμε κάποια άμεση γνώση για την εξίσωση δύο χρονικών διαστημάτων. Ο Πουανκαρέ φαίνεται πως κατανοούσε την ανάγκη του καθορισμού του τοπικού χρόνου για έναν δεδομένο παρατηρητή. Το 1904 παρατήρησε ότι τα ρολόγια που συγχρονίζονταν με φωτεινά σήματα μεταξύ παρατηρητών σε ενιαία σχετική κίνηση δεν δείχνουν την αληθινή ώρα, αλλά μάλλον αυτό που μπορεί να αποκαλέσει κανείς τοπική ώρα.
Αναφέρεται συχνά ότι η θεωρία της σχετικότητας αφαιρεί τον απόλυτο χρόνο από τη μηχανική. Αυτό αληθεύει για τις μετρήσεις του χρόνου που προαναφέρθηκαν, αλλά όχι τον ίδιο τον χρόνο ως οντότητα. Ο ορισμός του Νεύτωνα για τον απόλυτο χρόνο είναι ουσιαστικά φιλοσοφική έννοια και οι όποιες συζητήσεις έγιναν στην εποχή του είχαν φιλοσοφικό και όχι πειραματικό υπόβαθρο. Άλλωστε ίδιος ποτέ δεν ισχυρίστηκε ότι μπορεί κανείς να μετρήσει τον απόλυτο χρόνο. Τούτη η απόλυτη οντότητα έπρεπε να γίνει διακριτή από τα αισθητά, "φυσικά μέτρα" που εφαρμόζονται σε καθημερινές χρήσεις.
Βαρυτικό πεδίο.
Στο μοντέλο πεδίου, σε αντίθεση με την αμοιβαία έλξη μεταξύ των σωματιδίων, τα σωματίδια παραμορφώνουν τον χωροχρόνο εξ αιτίας της μάζας τους, και αυτή η παραμόρφωση είναι αυτή που αντιλαμβανόμαστε εμείς ως «δύναμη». Στην πραγματικότητα η δύναμη σε αυτό το μοντέλο δεν υφίσταται, απλώς η ύλη αντιδρά στην καμπύλωση του χωροχρόνου.
Νόμος της παγκόσμιας έλξης.
Ο Ισαάκ Νεύτων (1642-1727) διετύπωσε τον περίφημο Νόμο της παγκόσμιας έλξης όπου κατ΄ αυτόν: Οι ελκτικές δυνάμεις μεταξύ δύο ουρανίων σωμάτων είναι ανάλογες του γινομένου των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογες του τετραγώνου της μεταξύ των κέντρων μάζας τους απόστασης.
*Στην κλασική μηχανική, το πεδίο δεν είναι μια πραγματική οντότητα, αλλά μόνο ένα επιστημονικό μοντέλο που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα αποτελέσματα της βαρύτητας. Το πεδίο μπορεί να καθοριστεί χρησιμοποιώντας τον νόμο της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα. Στη Γενική σχετικότητα, το βαρυτικό πεδίο είναι το αποτέλεσμα των πεδιακών εξισώσεων του Αϊνστάιν. Αυτές οι εξισώσεις εξαρτώνται από την κατανομή ύλης και ενέργειας σε μια περιοχή του χώρου, αντίθετα με την Νευτώνεια βαρύτητα, που εξαρτάται μόνο από την κατανομή ύλης. Τα πεδία αυτά καθαυτά στη γενική σχετικότητα αντιπροσωπεύουν την καμπύλωση του χωροχρόνου.
Βαρύτητα.
Η βαρύτητα στη γη έλκει τα υλικά σώματα και προκαλεί την πτώση τους στην επιφάνειά της όταν αφεθούν ελεύθερα. Επιπροσθέτως, η βαρύτητα είναι η αιτία της ύπαρξης της γης, του ήλιου και των άλλων αστρικών σωμάτων. Χωρίς αυτή δεν θα υπήρχε ζωή, όπως τη γνωρίζουμε σήμερα. Η βαρύτητα είναι επίσης υπεύθυνη για την τροχιά της γης και των υπόλοιπων πλανητών γύρω από τον ήλιο, την τροχιά της σελήνης γύρω από τη γη, τον σχηματισμό παλιρροιών και άλλα φυσικά φαινόμενα που παρατηρούμε.
Η βαρύτητα είναι μία από τις τέσσερις βασικές αλληλεπιδράσεις στη φύση. Οι άλλες τρεις είναι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η ασθενής πυρηνική και η ισχυρή πυρηνική. Η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις, αλλά δρα σε μεγάλες αποστάσεις και είναι πάντοτε ελκτική.
Ο νόμος του Νεύτωνα για τη βαρύτητα διατυπώνεται ως εξής:
"Κάθε σώμα στο σύμπαν έλκει κάθε άλλο σώμα με δύναμη ανάλογη του γινομένου των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης του κέντρου μάζας τους"
Ο νόμος αυτός εκφράζεται ως:
Πίεση.
Η πίεση στα στερεά.
Η πίεση είναι μια εκδήλωση αλληλεπίδρασης μεταξύ συστημάτων που βρίσκονται σε επαφή. Έτσι, όταν δύο στερεά εφάπτονται ομοιόμορφα σε επιφάνεια A τότε η πίεση σ' αυτή την επιφάνεια υπολογίζεται ως το πηλίκο της δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν τα σώματα προς το εμβαδό της επιφάνειας αυτής.
Η πίεση στα ρευστά.
Τα ρευστά (αέρια και υγρά) δεν έχουν καθορισμένο σχήμα και έτσι προσαρμόζονται στο σχήμα των στερεών επιφανειών με τις οποίες εφάπτονται. Έτσι, η δύναμη λόγω πίεσης που ασκεί ένα ρευστό σε επιφάνεια είναι πάντα κάθετη στην επιφάνεια.
Όταν ένα ρευστό βρίσκεται μέσα σε πεδίο βαρύτητας, τότε η βαρυτική δύναμη του υπερκείμενου ρευστού είναι ο ουσιαστικός μηχανισμός ο οποίος καθορίζει την τιμή της πίεσης σε κάθε σημείο του ρευστού. Έτσι, ορίζουμε την στατική ή υδροστατική πίεση η οποία αντιστοιχεί στο βάρος άπειρου ύψους και συγκεκριμένης διατομής A στήλης, η οποία περιέχει το ρευστό που μας ενδιαφέρει.
*Την ιδιότητα των υγρών να μεταδίδουν την πίεση από σημείο σε σημείο τη μελέτησε αρχικά ο Γάλλος φυσικός Μπλαιζ Πασκάλ (Blaise Pascal) (1623-1662),που είναι γνωστή ως αρχή του Πασκάλ:Η πίεση που προκαλείται σε υγρό που ισορροπεί μεταδίδεται αμετάβλητη σε όλα τα σημεία (p1=p2).
Δυναμική πίεση.
Όταν ένα ρευστό κινείται και μεταβάλλεται η κινητική του ενέργεια ή/και η ορμή του τότε η μεταβολή αυτή εμφανίζεται ως πίεση, την οποία αποκαλούμε δυναμική πίεση. Για πρακτικούς λόγους μπορούμε να χρησιμοποιούμε κατά περίπτωση και λιγότερο δόκιμους όρους όπως η "πίεση ακτινοβολίας", αλλά όλες ανάγονται στους δύο παραπάνω αρχικούς ορισμούς, αν και τα όργανα μέτρησης λειτουργούν αντιμετωπίζοντας την πίεση ως δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας.
Πηγές:
el.wikipedia.org
ebooks.edu.gr
physicsgg.me
tccc.iesl.forth.gr
old.primedu.uoa.gr
eclass.sch.gr
physiclessons.blogspot.gr