Qu'Est-Ce Que La Mécanique Classique?

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La mécanique classique est l'étude mathématique du mouvement des objets du quotidien et des forces qui les affectent.

En utilisant seulement quelques équations, les scientifiques peuvent décrire le mouvement d’une balle volant dans les airs et l’attraction d’un aimant, et prévoir les éclipses de la lune. L'étude mathématique du mouvement des objets du quotidien et des forces qui les affectent est appelée mécanique classique. La mécanique classique s'appelle souvent mécanique newtonienne parce que presque toute l'étude s'appuie sur le travail d'Isaac Newton. Certaines lois et principes mathématiques à la base de la mécanique classique sont les suivants:

  • Première loi du mouvement de Newton: Un corps au repos restera au repos et un corps en mouvement restera en mouvement à moins d'être sollicité par une force externe.
  • La deuxième loi du mouvement de Newton: La force nette agissant sur un objet est égale à la masse de cet objet multipliée par son accélération.
  • La troisième loi du mouvement de Newton: Pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée.
  • Loi de Newton sur la gravitation universelle: L'attraction de la gravité entre deux objets sera proportionnelle à la masse des objets et inversement proportionnelle au carré de la distance entre leurs centres de masse.
  • Loi de conservation de l'énergie: L’énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais passe d’une forme à une autre; par exemple, l'énergie mécanique se transforme en énergie thermique.
  • Loi de conservation du momentum: En l'absence de forces externes telles que des frottements, lorsque des objets entrent en collision, la quantité de mouvement totale avant la collision est identique à la quantité de mouvement totale après la collision.
  • Principe de Bernoulli: La pression hydrostatique d'un fluide s'équilibrera dans un courant continu de flux de fluide, contrairement à sa vitesse et à son altitude.

La mécanique classique décrit avec précision le comportement de la plupart des objets "normaux". Selon "Le manuel électronique sur la chimie dynamique" de l'Université de Californie, Département de chimie de Davis, pour être considérés comme "normaux", les objets doivent être "plus gros qu'une molécule et plus petits qu'une planète", proches de la température ambiante des vitesses nettement inférieures à la vitesse de la lumière.

Science ancienne avec un nouveau nom

Bien que ce soit la branche la plus ancienne de la physique, le terme "mécanique classique" est relativement nouveau. Peu de temps après 1900, une série de révolutions de la pensée mathématique a donné naissance à de nouveaux domaines d’investigation: relativiste la mécanique des phénomènes liés au très rapide, et quantum mécanique des phénomènes relatifs au très petit.

Les équations développées avant 1900 étaient encore parfaitement adaptées à la description d'objets de tailles et de vitesses quotidiennes. Cependant, comme cette branche de physique plus ancienne existait à côté de deux nouvelles, il lui fallait un nouveau nom. Le terme "mécanique classique" a été inventé pour désigner de manière vague l'ensemble des équations décrivant la réalité à des échelles où les effets quantiques et relativistes sont négligeables.

En 1687, Newton publia "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (Principes mathématiques de la philosophie naturelle) qui décrivait comment les corps se déplacent sous l'influence de forces extérieures. Cet ouvrage a unifié le raisonnement mathématique avec des idées relativement nouvelles sur le mouvement, ici à la surface de la Terre, et le plus ancien de tous les domaines de l'investigation scientifique: l'astronomie.

De l'Antiquité à l'époque médiévale

Les anciennes civilisations de la Mésopotamie, de l’Égypte et de la vallée de l’Indus ont toutes démontré une compréhension du mouvement du soleil, de la lune et des étoiles; ils pourraient même prédire les dates des éclipses avant le XVIIIe siècle av. Comme E.C. Krupp l'a décrit dans son livre "Echoes of the Ancient Skies" (Douvres, 2003), "les étoiles et les planètes étaient souvent la cible d'un culte, censées représenter leurs dieux". Par définition, ces explications surnaturelles manquaient de preuves, mais les relevés d'observation constituaient le fondement de générations d'observateurs. Mécanique céleste c'est ainsi qu'est devenue l'étude de la façon dont les choses se déplacent dans les cieux.

Les Grecs anciens ont été les premiers à rechercher systématiquement des explications naturelles (par opposition à des phénomènes surnaturels). Comme Charles Singer l'a écrit dans son livre "Une brève histoire de la science au XIXe siècle" (Douvres, 2011), "Des philosophes comme Thales (624-545 av. J.-C.) rejetèrent les explications non naturalistes de phénomènes naturels et proclamèrent que chaque événement avait un effet naturel. cause." La myriade d'explications impliquant, par exemple, les "humeurs corporelles" et les "coquilles cosmiques entourant la Terre" était en effet naturaliste, mais la plupart étaient fantastiquement fausses. Un ensemble d'idées fausses particulièrement tenaces est centré sur le mouvement, lequel s'appuie depuis près de 2000 ans sur le travail d'Aristote (384-322 av. J.-C.). Cette œuvre, surnommée "la théorie de l'impulsion", serait soumise à des révisions majeures aux VIe, XIIe et XIVe siècles. Mécanique terrestre C'est ainsi qu'est devenue l'étude de la manière dont les choses bougent et interagissent à la surface de la Terre.

La Renaissance

Au 16ème siècle, les spécialistes ont commencé à remarquer que la théorie de l'impulsion était mal adaptée à la description de nombreux phénomènes, en particulier les projectiles lancés à partir de catapultes et de canons. Selon la théorie, un projectile devrait voler dans les airs jusqu'à ce qu'il soit à court d'impulsion, après quoi il devrait tomber directement au sol. En réalité, la trajectoire d'un projectile est une courbe très spécifique. Pour donner un sens à ces observations, selon Bernard Cohen dans "La naissance d'une nouvelle physique" (Norton, 1985), les scientifiques ont commencé à réfléchir à la gravité qui tire sur des objets avec une accélération uniforme. Dans sa publication de 1638 intitulée "Dialogues concernant deux nouvelles sciences", Galileo Galilei (1564-1642) a publié la première preuve mathématique selon laquelle une accélération uniforme entraînerait le déplacement des projectiles dans des trajectoires paraboliques correspondant à leurs observations, montrant ainsi que la mécanique terrestre est régie par les mathématiques.

De même, et au XVIe siècle, la mécanique céleste avait des liens extrêmement forts avec les mathématiques. Selon David S. Landes dans "Revolution in Time" (Belknap, 1983), Tycho Brahe (1546-1601) fut l'un des premiers astronomes à utiliser des horloges capables de compter les minutes et les secondes, ainsi que les quadrants et les sextants, pour suivre le mouvement. mouvements d'objets célestes (le télescope n'avait pas encore été adapté de la lunette marine). Johannes Kepler (1571-1630) a fondé ses trois lois du mouvement des planètes sur les données de Brahe pour le mouvement de Mars. La première de ces lois, publiée dans son ouvrage de 1609, "Astronomia Nova", montrait que les planètes se déplacent dans des trajectoires elliptiques autour du soleil.

La grande unification

Soixante-dix ans plus tard, Newton s’appuyait sur les travaux de Galilée et de Kepler pour montrer que les mouvements elliptiques du royaume céleste et les mouvements paraboliques du royaume terrestre pouvaient s’expliquer par une loi mathématique élégante, sa Loi de la gravitation universelle. De plus, il a formalisé les lois du mouvement en les décrivant dans le langage mathématique.

En utilisant les lois de Newton, les scientifiques pourraient manipuler les mathématiques symboliques avec l'algèbre et le calcul (également inventé par Newton) pour en savoir plus sur des phénomènes non encore observés. La mécanique classique s'est développée tout au long des 18ème et 19ème siècles pour tout décrire: optique, fluides et chaleur, pression, électricité et magnétisme.

Robert Coolman est chercheur diplômé de l’Université du Wisconsin-Madison et termine son doctorat. en génie chimique. Il écrit sur les mathématiques, les sciences et leur interaction avec l'histoire. Suivre Robert @PrimeViridian. Suivez nous @wordssidekick, Facebook.

Ressources additionnelles

  • En savoir plus sur le mouvement, les forces et l'énergie à la classe de physique.
  • Physique pratique fournit des leçons et des ressources pédagogiques et des activités pour les salles de classe.
  • ChemWiki: Le manuel électronique sur la chimie dynamique est un projet collaboratif du département de chimie de l'Université de Californie, Davis.
Qu'Est-Ce Que La Mécanique Classique?

FAQ - 💬

❓ Quel est l'objet de la mécanique classique ?

👉 La mécanique classique, dite aussi newtonienne traite de l'étude cinématique (étude du mouvement sans s'intéresser à sa cause), statique et dynamique d'un système, que ce soit un système simple (mécanique du point) ou un système complexe (mécanique générale).Сохраненная копия

❓ Quelle est la différence entre la mécanique classique et quantique ?

👉 Par ailleurs, la physique classique décrit différemment un corpuscule (atome, particule) et une onde (lumière, électricité) tandis que la mécanique quantique confond les deux descriptions : un photon, un électron, un atome ou même une molécule sont à la fois onde et corpuscule.

❓ Quel est ce que la mécanique ?

👉 La mécanique est la branche de la science qui étudie le mouvement des systèmes matériels et leurs déformations, en relation avec les forces qui provoquent ou modifient ce mouvement ou ces déformations. Elle peut être considerée comme une partie de la physique.

❓ Qui a inventé la mécanique classique ?

👉 L'histoire de la mécanique débute réellement avec Galilée. Mais cette science prend ses racines dans des savoirs bien plus anciens, notamment avec les réflexions d'Archimède ou d'Aristote.

❓ Qui est le père de la mécanique classique ?

👉 Figure majeure de l'histoire des sciences, Isaac Newton a fondé la mécanique classique avec sa théorie de l'attraction universelle (→ gravitation).

❓ Quel est le but de la mécanique ?

👉 La mécaniqueC'est la branche de la science qui étudie le mouvement des systèmes matériels et peut être considérée comme une partie de la physique qui a pour but de décrire et prévoir les mouvements inertes, de corps célestes ou quantiques ou d'organismes vivants (biomécanique).


Supplément Vidéo: Les outils de la mécanique classique.




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