A mechanika tudománya

A mechanika a fizika azon ága, amely a makroszkopikus méretű testek mozgásával, a testekre ható erőkkel, a testekben ébredő belső erőkkel, a testek alakváltozásával foglalkozik. A mechanika fejlődése során többé-kevésbé önálló tudományágakra bomlott, ezek a hagyományos felosztás szerint az alábbiak: kinematika, dinamika (ezen belül statika, kinetika), rezgéstan, szilárdságtan, rugalmasságtan, képlékenységtan.

A kinematika csak a testek mozgásának leírásával foglalkozik; a dinamika a testekre ható erőket, az erők és a mozgásjellemzők kapcsolatát vizsgálja. A dinamikán belül a statika foglalkozik a nyugvó testekkel és szerkezetekkel, míg a kinetika a mozgó testekkel. A rezgéstan (vagy lengéstan) a kinetikából elkülönülve a periodikus mozgást végző testekkel foglalkozik. A szilárdságtan tárgya a rudakban, tartókban és tartószerkezetekben ébredő belső erők (feszültségek) vizsgálata, az ilyen szerkezetek elmozdulásainak, alakváltozásainak meghatározása, továbbá a tervezésük szempontjából fontos szerepet játszó tönkremeneteli feltételek vizsgálata, a megbízható méretezési módszerek kidolgozása. A rugalmasságtan matematikai módszereket alkalmazva foglalkozik a rugalmas testekben az alakváltozás és a belső erők leírásával, az alapegyenletek megoldásaival. A képlékenységtan a képlékeny viselkedés feltételeivel, a képlékeny alakváltozás folyamatának vizsgálatával, az alapegyenletek megoldásaival foglalkozik.

A műszaki tudományok közül a mechanika fejlődött ki elsőként egységes, átfogó tudományos rendszerré. Leonardo da Vinci a mechanikát a „tudományok paradicsoma” névvel illette. Alapfogalmai, alapelvei, alapvető tételei és matematikai módszerei a 17. században Galileo Galilei és Isaac Newton munkássága, a 18. században Leonhard Euler (1707–1783), Johann Bernoulli (1667–1748), Pierre Louis Moreau Maupertuis (1698–1759), Daniel Bernoulli (1700–1782), Charles Coulomb (1736–1806), Joseph Louis Lagrange (1736–1813) tudományos eredményei, a 19. században elsősorban a francia Claude Louis Navier (1785–1836), az ír William Rowan Hamilton (1805–1865), a francia Augustin Louis Cauchy (1789–1857), az angol J. C. Maxwell (1831–1879), George Biddell Airy (1801–1892), a német Carl Friedrich Mohr (1806–1879) és John William Strutt Rayleigh (1842–1919) kutatásai alapján alakultak ki.

A 20. század mechanikáját már a relativisztikus mechanika és a kvantummechanika alkotja, amelyek kiléptek a newtoni mechanika kereteiből. A klasszikus mechanika fejlődése a 20. században elsősorban a műszaki és egyéb alkalmazások kiszélesítésében mutatkozik meg. Ezen a területen a tudományág fejlődése számottevő, ugyanis jelentősen hozzájárult az ipar, a gazdasági élet gyorsuló fejlődéséhez azáltal, hogy a mérnöki szerkezetek (épületek, építmények, hidak, víztározók, gépek, berendezések, járművek stb.), valamint az anyagalakítási technológiák egyre pontosabb, megbízhatóbb tervezését tette lehetővé. A 20. század második felében a számítógépek megjelenése, a numerikus módszerek kidolgozása és robbanásszerű terjedése újabb lendületet adott a mechanikai kutatásnak éppúgy, mint a számítási módszerek terjedésének. Lehetővé vált a mechanikai ismeretek, módszerek kiterjesztése újabb, a korábbiaknál jóval bonyolultabb kölcsönhatásokkal leírható területekre is.

A bonyolult mechanikai állapotokat, folyamatokat leíró matematikai egyenleteket (többnyire parciális differenciál-egyenleteket) már korábban is meg tudták {IV-72.} fogalmazni, de megoldani nem tudták, így a gyakorlat szempontjából ez a tudás csak a számítógépek megjelenésével vált igazán jelentőssé. Ekkor fejlesztették ki azokat a numerikus módszereket, amelyek alkalmazásával általános célú programrendszereket fejlesztettek a mechanikai feladatok széles körének megoldására. Ezek kereskedelmi forgalomba kerültek, s kialakult a mérnöki számító és tervező rendszerek piaca.

A 20. században az anyag viselkedésének egyre bonyolultabb formáit tárták fel, írták le és találtak rájuk numerikus megoldási módszereket. A mechanikai kölcsönhatások mellett az egyéb kölcsönhatások vizsgálatára is módszereket (pl. piezoelektromos jelenségek esetében termo-mechanikai, elektromechanikai) dolgoztak ki. A számítógépi módszereknek köszönhetően a nagy bonyolultságú mechanikai rendszerek is vizsgálhatóvá váltak; pl. a biomechanikában elért eredmények elősegítik az orvosi gyógyító munkát, a protézisek tervezését, a sportmozgások mechanikai elemzését, a sportszerek tudományos módszerekkel történő fejlesztését. A polimerek mechanikája az egyre többféle polimer anyagú szerkezet mechanikai tervezését, a kompozitok mechanikája a különféle erősített anyagú (pl. üveg- vagy szénszálerősítésű) szerkezetek tervezését teszi lehetővé.