Mexanika

Mexanika (yun. μηχανική — maşınqayırma sənəti)^[1][2] — fizikanın cisimlərin mexaniki hərəkətini və onlar arasındakı qarşılıqlı təsiri öyrənən bölməsi.^[3] Mexaniki hərəkət dedikdə bir cismin digər cismə nəzərən yerdəyişməsi başa düşülür. Yerdəyişmə cisimlərə tətbiq olunan qüvvənin təsiri ilə baş verir.

Günəş sistemindəki mexaniki hadisələri izah etmək üçün Nyutonun hərəkət və ümumdünya cazibə qanunlarından istifadə etmək olar. Lakin sonrakı tədqiqatlar göstərdi ki, Merkurinin periheli presessiyası kimi hadisələr Nyuton nəzəriyyəsi ilə izah edilə bilməz. Müasir dövrdə bu problem Eynşteyn nəzəriyyəsi sayəsində öz həllini tapmışdır.

Mexanikanın nəzəri şərhlərinin kökləri Qədim Yunanıstana, məsələn, Aristotel və Arximedin yazılarına gedib çıxır.^[4][5][6] Erkən müasir dövrdə Qalileo Qaliley, Yohan Kepler, Xristian Hüygens və İsaak Nyuton kimi alimlər hazırda klassik mexanikanın bünövrəsini qoymaqla mexanikanın əsaslı inkişafına zəmin yaratdılar.

Klassik mexanika sürəti işıq sürətindən kiçik olan ixtiyari cismin hərəkətini öyrənir. Sürəti işıq sürətinə bərabər olan cismin hərəkəti nisbilik nəzəriyyəsində, atomdaxili hadisələr və elementar hissəciklərin hərəkəti kvant mexanikasında öyrənilir.

Tarix

Qədim dövr

Qədim dövrdə yunan filosofları təbiət hadisələrini mücərrəd prinsiplər əsasında şərh edənlər sırasında idi. Antik dövrdə mexanikanın əsas nəzəriyyəsi Aristotel mexanikası idi. Qədim yunanlara qədər gedib çıxan başqa bir ənənə də var idi ki, burada riyaziyyat cisimləri statik və ya dinamik analiz etmək üçün daha geniş formada istifadə olunurdu. Bu yanaşma Pifaqorçu Arxitasın əvvəlki elmi işlərindən ilham almış ola bilər.^[7] Bu ənənənin nümayəndələri arasına Psevdoevklid (Tarazlığa dair), Arximed (Müstəvilərin müvazinəti, Üzən cisimlərə dair), Heron (Mexanika) və Papp (Toplu, VIII kitab) daxildir.^[8][9]

Orta əsrlər dövrü

Zəncirli nasos (əl-Cəzəri)

Orta əsrlərdə, 6-cı yüzillikdən başlayaraq Aristotelin nəzəriyyələri başda İoann Filopon olmaqla bir çox şəxslər tərəfindən tənqid olunmuş və formaca dəyişikliyə uğradılmışdır.

Bu dövrdə İslam dünyasının görkəmli polimatı İbn Sina öz hərəkət nəzəriyyəsini Şəfa kitabında nəşr etdirmişdir (1020). O İohann Filoponun Aristotel nəzəriyyəsinə qarşı başlatdığı tənqidi inkişaf etdirir. Filopona görə cismə sürət verən anda, bu cismə hər hansı bir hərəkətetdirici qabiliyyət (kinetik kömək) daxil olur. Bu qabiliyyət hərəkətverici qüvvə (deyək ki, cismi itələyən əl) cismi tərk edəndən sonra cismin hərəkət etməsinə kömək edir. İbn Sina "cəhd" anlayışını da daxil etmişdir; sonralar bu anlayış latıncaya "impetus" kimi tərcümə olundu.^[10][11][12] Bu "cəhd" atılmış cismə mühitin (məsələn, havanın) müqavimətini dəf etməkdə kömək edərək, onun hərəkətini davam etdirir. Atılma anında cismə daxil edilmiş "cəhd" sərf olunub qurtarmayanadək cisim məcburi hərəkət edir və yalnız bundan sonra o, təbii — aşağı Yerin mərkəzinə doğru hərəkət edir. İbn Sinanın impetus haqqındakı təlimi XII əsrdə Paris universitetində məlum oldu. Böyük Albert birbaşa İbn Sinaya istinad etdi, sonralar bu təlimi Jan Buridan sistematik inkişaf etdirdi.^[13]

Sabit qüvvə tətbiq edilmiş cisim haqqında suala cavab olaraq 12-ci əsr yəhudi-ərəb mütəfəkkiri Hibat Allah Əbül-Bərəkət əl-Bağdadi sabit qüvvənin sabit təcil verdiyini söyləmişdir. Şlomo Pinesə görə əl-Bağdadinin hərəkət nəzəriyyəsi Aristotelin fundamental dinamika qanununun inkarı və klassik mexanikanın fundamental qanununun tam da dəqiq olmayan seziltisi idi.^[14]

14-cü əsr fransız keşişi Jan Buridan İbn Sina və əl-Bağdadi kimi daha əvvəlki müəlliflərdən təsirlənərək daha sonralar müasir ətalət, sürət, təcil və impuls nəzəriyyələrinə çevrilən impetus nəzəriyyəsini işləyib hazırladı.^[15][16] Bu və digər əsərlər 14-cü əsr İngiltərəsində düşən cisimlərlə bağlı müxtəlif qanunları öyrənib düsturlaşdıran Tomas Bradvardin kimi Oksford kalkulyatorları tərəfindən inkişaf etdirilmişdir.

Erkən müasir dövr

Porşenli nasos (Takkola)

Erkən müasir dövrün iki mərkəzi fiquru Qalileo Qaliley və İsaak Nyutondur. Qalileyin mexanika, xüsusilə də düşən cisimlər barədə son elmi şərhləri İki yeni elm adlı əsərdə cəmləşmişdir.

Bu dövrdə Nyuton Natural fəlsəfənin riyazi əsaslarında özünün yenicə işləyib hazırladığı diferensial və inteqral hesabından istifadə edərək mexanikanın müfəssəl riyazi şərhini verdi.^[9]

Müxtəlif ideyaların öncəliyi barədə bəzi mübahisələr var: Nyutonun Riyazi əsasları şübhəsiz ki, rüşeym hesab edilməlidir, təsiri hədsiz böyükdür və bu əsərdəki bir çox riyazi nəticələr diferensial və inteqral hesabı yaradılmamışdan qabaq ifadə edilə bilməzdi. Bununla birlikdə, xüsusilə ətalət və sərbəstdüşmə ilə əlaqədar ideyaların çoxu Xristian Hüygens və orta əsrlərin daha az tanınan qabaqcıl alimləri tərəfindən irəli sürülmüşdür. Elmi dil və isbat standartları dəyişdiyi üçün dəqiq etibarlılıq bəzən çətin və ya mübahisəli ola bilər. Buna görə də orta əsrlərə xas olan həmin şərhlərin müasir şərhlərə və ya yetərli isbata ekvivalentliyi yaxud da müasir şərh və hipotezlərə oxşar olub-olmaması çox vaxt mübahisə doğurur.

Müasir dövr

Müasir dövrdə mexanikadakı iki əsas inkişaf Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi və kvant mexanikası ilə bağlıdır. Onların hər ikisi qismən 19-cu yüzilliyin əvvəllərindəki ideyalara əsaslanaraq 20-ci yüzillikdə yaradılmışdır. Müasir bütöv mühit mexanikasında, xüsusilə elastiklik, plastiklik, hidroaerodinamika, elektrodinamika və deformasiya olunan mühitlərin termodinamikası sahələrindəki inkişaf 20-ci əsrin ikinci yarısında başlamışdır.

Altbölmələri

Aşağıda mexanikada öyrənilən müxtəlif mövzulardan ibarət üç əsas başlıq verilmişdir.

Qeyd edək ki, fizikada ayrıca bir bölmə təşkil edən, istər klassik sahələr, istərsə də kvant sahələri olsun, formal olaraq mexanikadan fərqli olaraq qəbul edilən "sahələr nəzəriyyəsi" var. Ancaq faktiki təcrübədə mexanika və sahələrə aid olan mövzular bir-biri ilə sıx bağlıdır. Beləliklə, məsələn, hissəciklərə təsir edən qüvvələr çox vaxt sahələrdən (elektromaqnit və ya qravitasiya) qaynaqlanır və hissəciklər mənbə kimi çıxış edərək sahələr yaradır. Əslində, kvant mexanikasında hissəciklərin özü dalğa funksiyası ilə nəzəri olaraq təsvir edilən sahələrdir.

Klassik mexanika

Prof. Volter Levin Nyutonun ümumdünya cazibə qanununu izah edir (MIT, kurs 8.01)

Bölmələrin təsnifatını müxtəlif kriteriyalara görə aparmaq olar.

Ənənəvi bölgü

Ənənəvi bölgüyə görə klassik mexanika üç bölməyə ayrılır: statika, kinematika, dinamika.

Riyazi formalizmə görə bölgü

1. Nyuton mexanikası — hərəkət (kinematika) və qüvvələrin (dinamika) əsas nəzəriyyəsindən bəhs edir.

2. Analitik mexanika — qüvvələr yox, sistemin enerjisi əsas götürülməklə Nyuton mexanikasının riyazi olaraq yenidən formalaşdırılmış halıdır. Analitik mexanikanın iki əsas qolu var:

• Hamilton mexanikası: enerjinin saxlanması qanununa əsaslanan nəzəri formalizmdir.
• Laqranj mexanikası: ən kiçik təsir prinsipinə əsaslanan nəzəri formalizmdir.

Kvant mexanikası

Kvant mexanikası aşağıdakı bölmələrdən ibarətdir:

Şrödingerin dalğa mexanikası — kvant sistemlərinin xassə və hallarını dalğa funksiyası vasitəsilə öyrənən bölmədir.

Matris mexanikası sonlu ölçülü hal fəzasına malik sistemləri nəzərdən keçirməyə imkan yaradan alternativ formulyasiyadır.

Kvant statistikası ənənəvi kvant mexanikasını statistik kavant sistemləri üçün genişləndirir; çox vaxt termodinamik xassələrin çıxarılışı üçün istifadə olunur.

Relyativist mexanika

Kvant mexanikası və klassik mexanika arasındakı fərqə oxşar olaraq, Albert Eynşteynin ümumi və xüsusi nisbilik nəzəriyyələri Nyuton və Qalileyin mexanika formulyasiyalarının əhatə dairəsini genişləndirdi. Cimin sürəti işıq sürətinə yaxınlaşdıqca Nyuton mexanikası öz dominantlığını relyativist mexanikaya verir. Misal üçün, Nyuton mexanikasında sərbəst hissəciyin kinetik enerjisi E = 1/2mv², relyativist mexanikada isə E = (γ − 1)mc² düsturu ilə hesablanır (burada γ Lorens əmsalıdır).^[17]

Yüksək enerjili proseslər üçün kvant mexanikası xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini nəzərə alacaq şəkildə uyğunlaşdırılmalı oldu və bu kvant sahə nəzəriyyəsinin yaranmasına səbəb oldu.^[18]

İstinadlar

1. mechanics // Oxford English Dictionary. 1933.
2. Henry George Liddell; Robert Scott. mechanics // A Greek-English Lexicon. 1940. 2024-01-12 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2024-06-17.
3. Young, Hugh D.; Roger A. Freedman; A. Lewis Ford; Katarzyna Zulteta Estrugo. Sears and Zemansky's university physics: with modern physics (15th). Harlow: Pearson Education. 2020. səh. 62. ISBN 978-1-292-31473-0. OCLC 1104689918.
4. Dugas, Rene. A History of Classical Mechanics. New York, NY: Dover Publications Inc, 1988, pg 19.
5. Rana, N. C., and Joag, P. S. Classical Mechanics. West Petal Nagar, New Delhi. Tata McGraw-Hill, 1991, pg 6.
6. Renn, J., Damerow, P., and McLaughlin, P. Aristotle, Archimedes, Euclid, and the Origin of Mechanics: The Perspective of Historical Epistemology. Berlin: Max Planck Institute for the History of Science, 2010, pg 1–2.
7. Zhmud, L. Pythagoras and the Early Pythagoreans (ingilis). OUP Oxford. 2012. ISBN 978-0-19-928931-8.
8. "A history of mechanics Arxivləşdirilib 2023-10-07 at the Wayback Machine". René Dugas (1988). p.19. ISBN 0-486-65632-2
9. "A Tiny Taste of the History of Mechanics Arxivləşdirilib 2021-07-18 at the Wayback Machine". The University of Texas at Austin.
10. Espinoza, Fernando. "An analysis of the historical development of ideas about motion and its implications for teaching". Physics Education. 40 (2). 2005: 141. Bibcode:2005PhyEd..40..139E. doi:10.1088/0031-9120/40/2/002. ISSN 0031-9120.
11. Seyyed Hossein Nasr & Mehdi Amin Razavi. The Islamic intellectual tradition in Persia. Routledge. 1996. səh. 72. ISBN 978-0-7007-0314-2.
12. Aydin Sayili. "Ibn Sīnā and Buridan on the Motion of the Projectile". Annals of the New York Academy of Sciences. 500 (1). 1987: 477–482. Bibcode:1987NYASA.500..477S. doi:10.1111/j.1749-6632.1987.tb37219.x.
13. Espinoza, Fernando. "An analysis of the historical development of ideas about motion and its implications for teaching". Physics Education. 40 (2). 2005: 141. Bibcode:2005PhyEd..40..139E. doi:10.1088/0031-9120/40/2/002. ISSN 0031-9120.
14. Pines, Shlomo. Abu'l-Barakāt al-Baghdādī , Hibat Allah // Dictionary of Scientific Biography. 1. New York: Charles Scribner's Sons. 1970. 26–28. ISBN 0-684-10114-9. (cf. Abel B. Franco (October 2003). "Avempace, Projectile Motion, and Impetus Theory", Journal of the History of Ideas 64 (4), p. 521–546 [528].)
15. Aydin Sayili. "Ibn Sīnā and Buridan on the Motion of the Projectile". Annals of the New York Academy of Sciences. 500 (1). 1987: 477–482. Bibcode:1987NYASA.500..477S. doi:10.1111/j.1749-6632.1987.tb37219.x.
16. Gutman, Oliver, Pseudo-Avicenna, Liber Celi Et Mundi: A Critical Edition, Brill Publishers, 2003, səh. 193, ISBN 90-04-13228-7
17. Landau, L.; Lifshitz, E. The Classical Theory of Fields (4th Revised English). Butterworth-Heinemann. January 15, 1980. səh. 27.
18. Weinberg, S. The Quantum Theory of Fields, Volume 1: Foundations (1st). Cambridge University Press. May 1, 2005. səh. xxi. ISBN 0-521-67053-5.