mecánica

Rama da física que estudia o cambio de lugar, o desprazamento ou o movemento localizado e, en xeral, o movemento, tanto dos corpos como dos corpúsculos microfísicos. Comprende dúas partes: a cinemática e a dinámica. A primeira estudia só as relacións xeométricas e cronométricas nos movementos, mentres que a segunda, a principal, ten por obxecto a interacción mecánica, é dicir, o proceso físico polo que dous móbiles ou máis modifican mutuamente o seu movemento (a súa dirección ou a súa velocidade) mediante un campo (gravitatorio, eléctrico ou nuclear). Ambas as dúas partes son complementarias, e mentres que as modificacións do movemento son cinemáticas, a cinemática necesita dun referencial sólido inmutable. Adóitanse introducir outras dúas partes da mecánica: a cinética, que, considerando magnitudes tales como a masa, o impulso, a enerxía cinética e o momento de inercia, fai de intermediaria entre a cinemática e a dinámica; e a estática, que trata do equilibrio dun conxunto de corpos inmóbiles sometidos a diversas interaccións que se compensan, e constitúe un caso particular da dinámica.

Parte da mecánica racional que comeza coa obra de Joseph-Louis Lagrange Mécanique analytique (1788) e continúa coas de W.R. Hamilton (1834) e C.G. Jacobi (1842). Gracias ao progreso que experimentou a análise infinitesimal, Lagrange reduciu ao mínimo os postulados da dinámica e deduciu, por medio do cálculo diferencial e do cálculo integral, unhas fórmulas xerais, denominadas ecuacións de Lagrange. W.R. Hamilton elaborou unha óptica matemática válida tanto na concepción ondulatoria da luz como na corpuscular, a partir dunha integral estacionaria xa atopada por Lagrange (principio de Hamilton); despois creou unha función, a hamiltoniana, empregada non só na mecánica clásica, senón tamén na relativista e na cuántica. Jacobi simplificou e xeneralizou a teoría de Hamilton nunha forma que tornou clásica.

Parte da mecánica que ten como base tres postulados. O primeiro establece que tanto as relacións xeométricas como as cronométricas son independentes do sistema de referencia escollido para determinalas. O segundo postulado establece que as interaccións se comunican instantaneamente dun móbil ao outro, por ben afastados que se atopen. E o terceiro postulado di que toda interacción se manifesta por unha aceleración do móbil inversamente proporcional á súa inercia e proporcional á forza da interacción. O segundo postulado contradiciuse pola descuberta da propagación da interacción eléctrica (Maxwell, Hertz), e o primeiro polo feito experimental (Michelson e Morley) de que a propagación da luz non é conforme á cinemática clásica, cando se pasa do referencial terrestre ao estelar. Así nace a mecánica einsteiniana ou relativista, aínda que a mecánica clásica, nomeada tamén mecánica newtoniana, continúa sendo unha teoría válida para tratar numerosas cuestións da ciencia e da técnica actuais.

Parte da mecánica propia dos corpúsculos que se moven dentro dun espazo restrinxido, ademais de microfísico. Foi fundada por Louis de Broglie, Erwin Schrödinger e Max Born (1925-1930). Unha das súas bases principais foi o nacemento da mecánica ondulatoria (1924). Tres anos despois tivo lugar o experimento de Davisson-Germer sobre a difracción dun feixe de electróns. Schrödinger estendeu a nova mecánica aos corpúsculos que se moven pechados dentro dun volume microfísico e supeditados a unha interacción eléctrica (ecuación de Schrödinger) e deu a explicación da cuantificación dos movementos corpusculares, feito coñecido desde Bohr (1913), que asegurou que a mecánica cuántica é unha mecánica probabilista ou estatística. O principio de incerteza de W. Heisenberg liga por parellas certas magnitudes, e a súa interpretación física foi proposta por Bohr no seu principio de complementariedade. A relación entre a mecánica cuántica e a mecánica clásica exprésase mediante o principio de correspondencia (mecánica cuántica-relativista).

Parte da mecánica cuántica que inclúe as teorías da relatividade. As catro ecuacións de derivadas parciais, denominadas ecuacións de Dirac, constitúen o fundamento da mecánica cuántica-relativista.

Ciencia que estudia o equilibrio e o movemento dos fluídos e a súa relación coas forzas que os producen ou que se opoñen a eles. Esta denominación foi introducida por Prandtl en 1905. Os primeiros estudios teóricos fixéronse sobre fluídos perfectos, sen resistencia ao escorregamento das capas fluídas adxacentes. Máis tarde introduciuse o concepto de viscosidade dun fluído, definida como a relación entre o esforzo de fricción  e o gradiente u/y da velocidade do fluído, en sentido perpendicular a ela. Indicando os valores de  e u/y nun reograma, obtéñense curvas moi diferentes segundo o fluído. Un fluído é non newtoniano cando o seu reograma non é unha recta que pasa pola orixe, mantendo a súa forma independentemente do tempo e da tensión aplicada. Neste caso, o estudo teórico complícase; xunto co do estado plástico dos sólidos é obxecto da reoloxía. Tamén se aplica a mecánica de fluídos ao estudo de gases enrarecidos e ao de gases parcialmente ionizados, pero neutros en conxunto. O comportamento de plasmas e líquidos condutores dentro dos campos magnéticos é estudiado pola magnetohidrodinámica. Para o tratamento matemático das propiedades dun fluído empréganse dous modelos: o continuo e o estatístico. O modelo continuo admite que se mantén, na escala infinitesimal, o aspecto continuo que os fluídos teñen na escala macroscópica. O modelo estatístico parte da estrutura corpuscular dos fluídos e permite deducir propiedades macroscópicas a partir da integración estatística do comportamento de partículas illadas. Ambos os dous modelos, con todo, son insuficientes; recórrese tamén á teoría da semellanza, onde os resultados veñen da experimentación, sobre modelos reducidos, das máquinas ou das instalacións estudiadas. Distínguense as situacións de réxime permanente, onde todas as características do fluído nun punto dado se manteñen constantes, e de réxime transitorio, que necesitan un estudo máis complexo. O movemento dun fluído, ou o dun sólido dentro dun fluído, depende do réxime establecido, que se denomina laminar se as traxectorias de partículas próximas non chegan a cruzarse nunca e que, se ademais é permanente, mantén a velocidade constante en cada punto, ou turbulento, se as traxectorias se cruzan a miúdo e a velocidade flutúa fortemente en cada punto á volta dun valor medio. O réxime é subsónico cando a velocidade do fluído, ou a dun sólido que se move nel, é inferior á de propagación das perturbacións de presión no seo do fluído, e é supersónico cando a supera. O estudo dos fluídos fundaméntase segundo o modelo continuo nunha familia de ecuacións básicas, escritas, ben baixo a forma diferencial, ben baixo a forma integral. As ecuacións principais son a de continuidade (ou de conservación da masa), a de equilibrio dinámico, entre as forzas que actúan sobre o volume considerado (forzas de campo, de presión, de inercia, viscosas), a de conservación da enerxía e a de estado. A hipótese de fluído perfecto introduce unha boa simplificación, e a rede de corrente pode ser estudada matematicamente sen moita dificultade. Os resultados describen bastante ben o que pasa lonxe das paredes, pero preto delas isto non é certo. A teoría da capa límite serve tamén para o estudo da zona do fluído posterior á superación do obstáculo. O comportamento do fluído é regulado por uns parámetros adimensionais, entre os que cabe citar o número de Reynolds (para o carácter laminar ou turbulento), o de Mach (para o carácter subsónico ou supersónico), o de Froude (para o estudo de correntes con superficie libre), o de Weber (cando intervén a tensión superficial: burbullas e gotas, capilaridade) e o de Prandtl (para a transmisión da calor por convección), entre outros.

Parte da mecánica que se ocupa dos sistemas que, como os sólidos, os fluídos, etc, están constituídos por un número tan grande de partículas, que é practicamente imposible estudar o movemento de cada unha delas por separado. A mecánica dos medios continuos parte do esquema ideal que considera que os corpos teñen unha natureza continua. Ten aplicación na descrición dos medios continuos non materiais.

Parte da física que, aplicando métodos estatísticos, se ocupa de describir as propiedades macroscópicas dos sistemas físicos que están constituídos por un número moi grande de corpúsculos (átomos, moléculas, partículas elementais). Deixando de lado o esbozo de D. Bernoulli (1728), a mecánica estatística foi creada, co nome de teoría cinética dos gases, por J. C. Maxwell cara a 1850. Vinte anos despois, Boltzmann desenvolveu a termodinámica estatística, que se coñece como a estatística de Maxwelll-Boltzmann. O postulado fundamental afirma que os movementos dos corpúsculos son autónomos e que cambian enerxía e impulsos entre eles; as colisións e todos os outros intercambios resultan azarosos, aleatorios e desordenados. As leis da mecánica clásica exprésanse, na mecánica estatística, coa forma hamiltoniana. Existen tamén unha mecánica estatística relativista e unha mecánica estatística cuántica (estatística de Bose-Einstein, estatística de Fermi-Dirac).

Teoría creada por L. de Broglie (1924), na que propón que, ao igual que as ondas electromagnéticas presentan algunhas características corpusculares, as partículas poden ter propiedades ondulatorias, o que se coñece como dualidade onda-corpúsculo. Esta teoría foi unha das bases do posterior desenvolvemento da mecánica cuántica.

Nome dado tradicionalmente á mecánica teórica clásica, por oposición á mecánica aplicada. A mecánica racional constitúe, xa cara a finais do s XVII, a primeira gran teoría física da historia conforme coa esixencia moderna. Isto explica, en parte, o mecanicismo da época. O desenvolvemento da mecánica racional veu marcado, no s XVIII, principalmente polas obras de D’Alembert, Euler e Lagrange, e, no comezo do s XIX, polas de Laplace, Gauss, Hamilton e Jacobi.

Mecánica fundada por Albert Einstein (1905) e H. Minkowski (1909), baseada na teoría da relatividade, que revolucionou cos seus postulados a cronometría e a xeometría e, por tanto, a cinemática. Por outra banda, a cinética relativista non resultou menos revolucionaria que a cinemática en establecer a relación, simplísima, E = mc 2 entre a masa m e a enerxía E dun corpo ou corpúsculo, relación que expresa unha lei física universal. A dinámica relativista afirma a non instantaneidade das interaccións, que se propagan todas cunha velocidade inferior ou igual á da luz no baleiro. Outra novidade aparece en aplicar só a lei de variación da aceleración cando se pasa dun referencial de Galileo a outro tamén de Galileo. A relación profunda entre a cronoxeometría e os procesos físicos foi confirmada pola teoría einsteiniana da gravitación (1919). O tratamento matemático da mecánica relativista, no caso da relatividade restrinxida, ten lugar mediante unha mecánica analítica einsteiniana.