Mecanica clasica
Definición
La mecánica clásica describe el movimiento de objetos macroscópicos, desde proyectiles hasta partes de maquinaria y objetos astronómicos, como naves espaciales, planetas, estrellas y galaxias.
Si se conoce el estado actual de un objeto, es posible predecir por las leyes de la mecánica clásica cómo se moverá en el futuro (determinismo) y cómo se ha movido en el pasado (reversibilidad).
El desarrollo más temprano de la mecánica clásica a menudo se denomina mecánica newtoniana. Consiste en los conceptos físicos empleados por y los métodos matemáticos inventados por Isaac Newton y Gottfried Wilhelm Leibniz y otros en el siglo XVII para describir el movimiento de los cuerpos bajo la influencia de un sistema de fuerzas.
Más tarde, se desarrollaron métodos más abstractos, que condujeron a las reformulaciones de la mecánica clásica conocida como mecánica de Lagrange y mecánica de Hamilton. Estos avances, realizados predominantemente en los siglos XVIII y XIX, se extienden sustancialmente más allá del trabajo de Newton, particularmente a través de su uso de la mecánica analítica. Son, con algunas modificaciones, también se usan en todas las áreas de la física moderna.
La mecánica clásica proporciona resultados extremadamente precisos cuando se estudian objetos grandes que no son extremadamente masivos y las velocidades no se aproximan a la velocidad de la luz. Cuando los objetos que se examinan tienen aproximadamente el tamaño de un diámetro de átomo, se hace necesario introducir el otro subcampo principal de la mecánica: la mecánica cuántica. Para describir las velocidades que no son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz, se necesita una relatividad especial. En caso de que los objetos se vuelvan extremadamente masivos, la relatividad general se vuelve aplicable. Sin embargo, varias fuentes modernas incluyen la mecánica relativista en la física clásica, que en su opinión representa la mecánica clásica en su forma más desarrollada y precisa.
Descripción de la teoría
A continuación, se presentan los conceptos básicos de la mecánica clásica. Para simplificar, a menudo modela objetos del mundo real como partículas puntuales (objetos con un tamaño insignificante). El movimiento de una partícula puntual se caracteriza por un pequeño número de parámetros: su posición, masa y las fuerzas que se le aplican. Cada uno de estos parámetros se analiza sucesivamente.
En realidad, el tipo de objetos que la mecánica clásica puede describir siempre tiene un tamaño distinto de cero. (La física de partículas muy pequeñas, como el electrón, se describe con más precisión mediante la mecánica cuántica). Los objetos con tamaño distinto de cero tienen un comportamiento más complicado que las partículas puntuales hipotéticas, debido a los grados de libertad adicionales, por ejemplo, una pelota de béisbol Mientras tanto, se está moviendo. Sin embargo, los resultados para las partículas puntuales se pueden utilizar para estudiar dichos objetos tratándolos como objetos compuestos, formados por un gran número de partículas puntuales que actúan colectivamente. El centro de masa de un objeto compuesto se comporta como una partícula puntual.
La mecánica clásica usa nociones de sentido común sobre cómo la materia y las fuerzas existen e interactúan. Asume que la materia y la energía tienen atributos definidos y cognoscibles, como la ubicación en el espacio y la velocidad. La mecánica no relativista también asume que las fuerzas actúan instantáneamente (ver también Acción a distancia).
Posición y sus derivados
| posición | metro |
| posición / ángulo angular | sin unidad (radianes) |
| velocidad | Sra |
| velocidad angular | s |
| aceleración | Sra |
| aceleración angular | s |
| imbécil | Sra |
| "tirón angular" | s |
| energía específica | Sra |
| tasa de dosis absorbida | Sra |
| momento de inercia | kg • m |
| impulso | kg • m • s |
| momento angular | kg • m • s |
| fuerza | kg • m • s |
| esfuerzo de torsión | kg • m • s |
| energía | kg • m • s |
| poder | kg • m • s |
| presión y densidad de energía | kg • m • s |
| tensión superficial | kg • s |
| constante de resorte | kg • s |
| irradiancia y flujo de energía | kg • s |
| viscosidad cinemática | Sra |
| viscosidad dinámica | kg • m • s |
| densidad (densidad de masa) | kg • m |
| densidad (densidad de peso) | kg • m • s |
| densidad numérica | metro |
| acción | kg • m • s |
La posición de una partícula de punto se define en relación con un sistema de coordenadas centrado en un punto de referencia fijado arbitrario en el espacio denominado el origen O . Un sistema de coordenadas simple podría describir la posición de una partícula P con un vector anotado por un marcado flecha r que apunta desde el origen O al punto P . En general, la partícula de punto no necesita ser estacionaria en relación con O . En los casos en que P se mueve en relación con O , r se define como una función de t, hora. En la relatividad pre-Einstein (conocida como relatividad galileana), el tiempo se considera absoluto, es decir, el intervalo de tiempo que se observa que transcurre entre un par de eventos dado es el mismo para todos los observadores. Además de confiar en el tiempo absoluto, la mecánica clásica asume la geometría euclidiana para la estructura del espacio.
Velocidad y velocidad
La velocidad , o la tasa de cambio de posición con el tiempo, se define como la derivada de la posición con respecto al tiempo:
- .
En la mecánica clásica, las velocidades son directamente aditivas y sustractivas. Por ejemplo, si un automóvil viaja hacia el este a 60 km / hy pasa otro automóvil que viaja en la misma dirección a 50 km / h, el automóvil más lento percibe que el automóvil más veloz viaja hacia el este a 60 - 50 = 10 km / h . Sin embargo, desde la perspectiva del automóvil más rápido, el automóvil más lento se mueve 10 km / h hacia el oeste, a menudo denotado como -10 km / h donde el signo implica una dirección opuesta. Las velocidades son directamente aditivas como cantidades de vectores; deben ser tratados usando análisis vectorial.
Matemáticamente, si la velocidad del primer objeto en la discusión previa se denota por el vector u = u d y la velocidad del segundo objeto por el vector v = v e , donde u es la velocidad del primer objeto, v es el velocidad del segundo objeto, y d y e son vectores unitarios en las direcciones de movimiento de cada objeto, respectivamente, luego la velocidad del primer objeto como se ve por el segundo objeto es
Del mismo modo, el primer objeto ve la velocidad del segundo objeto como
Cuando ambos objetos se mueven en la misma dirección, esta ecuación puede simplificarse a
O, ignorando la dirección, la diferencia puede darse en términos de velocidad solamente:
Aceleración
La aceleración , o tasa de cambio de velocidad, es la derivada de la velocidad con respecto al tiempo (la segunda derivada de la posición con respecto al tiempo):
La aceleración representa el cambio de velocidad a lo largo del tiempo. La velocidad puede cambiar en cualquier magnitud o dirección, o ambas. Ocasionalmente, una disminución en la magnitud de la velocidad " v " se conoce como desaceleración , pero generalmente cualquier cambio en la velocidad en el tiempo, incluida la desaceleración, se denomina simplemente aceleración.
Marcos de referencia
Si bien la posición, velocidad y aceleración de una partícula pueden describirse con respecto a cualquier observador en cualquier estado de movimiento, la mecánica clásica asume la existencia de una familia especial de marcos de referencia en la que las leyes mecánicas de la naturaleza adoptan una forma comparativamente simple. Estos marcos de referencia especiales se llaman marcos inerciales.
Un marco inercial es un marco de referencia dentro del cual un objeto que interactúa sin fuerzas (una situación idealizada) aparece en reposo o moviéndose uniformemente en línea recta. Esta es la definición fundamental de un marco inercial. Estos se caracterizan por el requisito de que todas las fuerzas que entran en las leyes físicas del observador proceden de fuentes identificables causadas por campos, como el campo electroestático (causado por cargas eléctricas estáticas), el campo electromagnético (causado por cargas en movimiento), el campo gravitatorio (causado en masa), y así sucesivamente.
Un concepto clave de marcos inerciales es el método para identificarlos. A efectos prácticos, los marcos de referencia que no se aceleran con respecto a las estrellas distantes (un punto extremadamente distante) se consideran como buenas aproximaciones a los cuadros inerciales. Los marcos de referencia no inerciales se aceleran en relación con un marco inercial existente. Ellos forman la base de la relatividad de Einstein. Debido al movimiento relativo, las partículas en el marco no inercial parecen moverse de formas no explicadas por las fuerzas de los campos existentes en el marco de referencia. Por lo tanto, parece que hay otras fuerzas que entran en las ecuaciones de movimiento únicamente como resultado de la aceleración relativa. Estas fuerzas se conocen como fuerzas ficticias, fuerzas de inercia o pseudo-fuerzas.
Considere dos cuadros de referencia S y S ' . Para los observadores en cada uno de los cuadros de referencia, un evento tiene coordenadas espacio-temporales de ( x , y , z , t ) en el cuadro S y ( x ' , y' , z ' , t' ) en el cuadro S ' . Suponiendo que el tiempo se mide de la misma manera en todos los marcos de referencia, y si requerimos x = x ' cuando t = 0 , entonces la relación entre las coordenadas espacio-temporales del mismo evento se observa desde los marcos de referencia S' y S, que se mueven a una velocidad relativa de u en la dirección x es:
Este conjunto de fórmulas define una transformación de grupo conocida como la transformación de Galileo (informalmente, la transformación de Galileo ). Este grupo es un caso límite del grupo Poincaré utilizado en relatividad especial. El caso límite se aplica cuando la velocidad u es muy pequeña en comparación con c , la velocidad de la luz.
Las transformaciones tienen las siguientes consecuencias:
- v '= v - u (la velocidad v ' de una partícula desde la perspectiva de S 'es más lenta en u que su velocidad v desde la perspectiva de S )
- a '= a (la aceleración de una partícula es la misma en cualquier marco de referencia inercial)
- F '= F (la fuerza en una partícula es la misma en cualquier marco de referencia inercial)
- la velocidad de la luz no es una constante en la mecánica clásica, ni la posición especial dada a la velocidad de la luz en la mecánica relativista tiene una contrapartida en la mecánica clásica.
Para algunos problemas, es conveniente usar coordenadas giratorias (marcos de referencia). De este modo, uno puede mantener un mapeo en un marco inercial conveniente, o introducir adicionalmente una fuerza centrífuga ficticia y fuerza de Coriolis.
Efectivo; La segunda ley de Newton
Newton fue el primero en expresar matemáticamente la relación entre la fuerza y el momento. Algunos físicos interpretan la segunda ley del movimiento de Newton como una definición de fuerza y masa, mientras que otros la consideran un postulado fundamental, una ley de la naturaleza. Cualquiera de las interpretaciones tiene las mismas consecuencias matemáticas, conocidas históricamente como "segunda ley de Newton":
La cantidad m v se llama impulso (canónico). La fuerza neta sobre una partícula es, por lo tanto, igual a la tasa de cambio del momento de la partícula con el tiempo. Dado que la definición de aceleración es a = d v / d t , la segunda ley se puede escribir en la forma simplificada y más familiar:
Siempre que se conozca la fuerza que actúa sobre una partícula, la segunda ley de Newton es suficiente para describir el movimiento de una partícula. Una vez que las relaciones independientes para cada fuerza que actúa sobre una partícula están disponibles, pueden ser sustituidas en la segunda ley de Newton para obtener una ecuación diferencial ordinaria, que se llama ecuación de movimiento .
Como ejemplo, suponga que la fricción es la única fuerza que actúa sobre la partícula, y que puede modelarse como una función de la velocidad de la partícula, por ejemplo:
donde λ es una constante positiva, el signo negativo indica que la fuerza es opuesta al sentido de la velocidad. Entonces la ecuación de movimiento es
Esto puede ser integrado para obtener
donde v 0 es la velocidad inicial. Esto significa que la velocidad de esta partícula se reduce exponencialmente a cero a medida que avanza el tiempo. En este caso, un punto de vista equivalente es que la energía cinética de la partícula es absorbida por la fricción (que la convierte en energía térmica de acuerdo con la conservación de la energía) y la partícula se ralentiza. Esta expresión se puede integrar más para obtener la posición r de la partícula en función del tiempo.
Las fuerzas importantes incluyen la fuerza gravitacional y la fuerza de Lorentz para el electromagnetismo. Además, la tercera ley de Newton a veces puede usarse para deducir las fuerzas que actúan sobre una partícula: si se sabe que la partícula A ejerce una fuerza F sobre otra partícula B , se deduce que B debe ejercer una fuerza de reacción igual y opuesta , - F , en a . La forma fuerte de la tercera ley de Newton requiere que F y - F actúen a lo largo de la línea que conecta A y B , mientras que la forma débil no lo hace. Las ilustraciones de la forma débil de la tercera ley de Newton a menudo se encuentran para las fuerzas magnéticas.
Trabajo y energía
Si una fuerza constante F se aplica a una partícula que realiza un desplazamiento Δ r , el trabajo realizado por la fuerza se define como el producto escalar de los vectores de fuerza y desplazamiento:
De manera más general, si la fuerza varía en función de la posición a medida que la partícula se mueve de r 1 a r 2 a lo largo de una trayectoria C , el trabajo realizado en la partícula está dado por la integral de línea
Si el trabajo realizado al mover la partícula de r 1 a r 2 es el mismo, sin importar qué camino se tome, se dice que la fuerza es conservadora. La gravedad es una fuerza conservadora, como lo es la fuerza debida a una primavera idealizada, tal como lo establece la ley de Hooke. La fuerza debida a la fricción no es conservadora.
La energía cinética E k de una partícula de masa m que viaja a la velocidad v viene dada por
Para objetos extendidos compuestos de muchas partículas, la energía cinética del cuerpo compuesto es la suma de las energías cinéticas de las partículas.
El teorema del trabajo y la energía establece que para una partícula de masa constante m , el trabajo total W hecho en la partícula a medida que se mueve desde la posición r 1 a r 2 es igual al cambio en la energía cinética E k de la partícula:
Las fuerzas conservadoras se pueden expresar como el gradiente de una función escalar, conocida como la energía potencial y denotada E p :
Si todas las fuerzas que actúan sobre una partícula son conservadoras, y E p es la energía potencial total (que se define como un trabajo de fuerzas involucradas para reorganizar las posiciones mutuas de los cuerpos), obtenida al sumar las energías potenciales correspondientes a cada fuerza
La disminución en la energía potencial es igual al aumento en la energía cinética
Este resultado se conoce como conservación de la energía y establece que la energía total,
es constante en el tiempo A menudo es útil, porque muchas fuerzas comúnmente encontradas son conservadoras.
Más allá de las leyes de Newton
La mecánica clásica también describe los movimientos más complejos de objetos no puntuales extendidos. Las leyes de Euler proporcionan extensiones a las leyes de Newton en esta área. Los conceptos de momento angular se basan en el mismo cálculo utilizado para describir el movimiento unidimensional. La ecuación del cohete amplía la noción de velocidad de cambio del momento de un objeto para incluir los efectos de un objeto que "pierde masa".
Hay dos formulaciones alternativas importantes de la mecánica clásica: la mecánica de Lagrange y la mecánica de Hamilton. Estas y otras formulaciones modernas, por lo general pasan por alto el concepto de "fuerza", en lugar de referirse a otras cantidades físicas, como la energía, la velocidad y el momento, para describir los sistemas mecánicos en coordenadas generalizadas.
Las expresiones dadas anteriormente para el impulso y la energía cinética solo son válidas cuando no hay una contribución electromagnética significativa. En electromagnetismo, la segunda ley de Newton para alambres actuales se rompe a menos que uno incluya la contribución del campo electromagnético al momento del sistema expresado por el vector Poynting dividido por c , donde c es la velocidad de la luz en el espacio libre.
Límites de validez
Muchas ramas de la mecánica clásica son simplificaciones o aproximaciones de formas más precisas; dos de los más precisos son la relatividad general y la mecánica estadística relativista. La óptica geométrica es una aproximación a la teoría cuántica de la luz y no tiene una forma "clásica" superior.
Cuando la mecánica cuántica y la mecánica clásica no pueden aplicarse, como en el nivel cuántico con muchos grados de libertad, la teoría cuántica de campos (QFT) es útil. QFT se ocupa de distancias pequeñas y grandes velocidades con muchos grados de libertad, así como la posibilidad de cualquier cambio en el número de partículas a lo largo de la interacción. Al tratar grandes grados de libertad a nivel macroscópico, la mecánica estadística se vuelve útil. La mecánica estadística describe el comportamiento de grandes (pero contables) números de partículas y sus interacciones como un todo a nivel macroscópico. La mecánica estadística se usa principalmente en termodinámica para sistemas que se encuentran fuera de los límites de las suposiciones de la termodinámica clásica. En el caso de los objetos de alta velocidad que se aproximan a la velocidad de la luz, la mecánica clásica se ve reforzada por la relatividad especial. En caso de que los objetos se vuelvan extremadamente pesados (es decir, su radio de Schwarzschild no es insignificantemente pequeño para una aplicación dada), las desviaciones de la mecánica newtoniana se hacen evidentes y pueden cuantificarse usando el formalismo postontoniano parametrizado. En ese caso, la relatividad general (GR) se vuelve aplicable. Sin embargo, hasta ahora no existe una teoría de la gravedad cuántica que unifique GR y QFT en el sentido de que podría usarse cuando los objetos se vuelven extremadamente pequeños y pesados. [4] [5]
La aproximación newtoniana a la relatividad especial
En la relatividad especial, el momento de una partícula está dado por
donde m es la masa de reposo de la partícula, v su velocidad, v es el módulo de v , y c es la velocidad de la luz.
Si v es muy pequeño en comparación con c , v / c es aproximadamente cero, y entonces
Por lo tanto, la ecuación newtoniana p = m v es una aproximación de la ecuación relativista para cuerpos que se mueven a bajas velocidades en comparación con la velocidad de la luz.
Por ejemplo, la frecuencia de ciclotrón relativista de un ciclotrón, girotrón o magnetrón de alto voltaje viene dada por
donde f c es la frecuencia clásica de un electrón (u otra partícula cargada) con energía cinética T y (resto) masa m 0 circulando en un campo magnético. La masa (en reposo) de un electrón es 511 keV. Entonces la corrección de frecuencia es 1% para un tubo de vacío magnético con una tensión de aceleración de corriente continua de 5.11 kV.
La aproximación clásica a la mecánica cuántica
La aproximación del rayo de la mecánica clásica se rompe cuando la longitud de onda de De Broglie no es mucho más pequeña que otras dimensiones del sistema. Para partículas no relativistas, esta longitud de onda es
donde h es la constante de Planck yp es el impulso.
Nuevamente, esto sucede con los electrones antes de que ocurra con partículas más pesadas. Por ejemplo, los electrones utilizados por Clinton Davisson y Lester Germer en 1927, acelerados en 54 V, tenían una longitud de onda de 0.167 nm, que era lo suficientemente larga como para mostrar un solo lóbulo lateral de difracción cuando se reflejaba desde la cara de un cristal de níquel con espaciado atómico 0.215 nm. Con una cámara de vacío más grande, parecería relativamente fácil aumentar la resolución angular de alrededor de un radianes a milirradianes y ver la difracción cuántica de los patrones periódicos de la memoria de la computadora de circuito integrado.
Ejemplos más prácticos del fracaso de la mecánica clásica en una escala de ingeniería son la conducción mediante túneles cuánticos en diodos de túnel y transistores muy estrechos en circuitos integrados.
La mecánica clásica es la misma aproximación de alta frecuencia extrema que la óptica geométrica. Es más a menudo exacto porque describe partículas y cuerpos con masa en reposo. Estos tienen más impulso y, por lo tanto, longitudes de onda de De Broglie más cortas que las partículas sin masa, como la luz, con las mismas energías cinéticas.
Historia
El estudio del movimiento de los cuerpos es antiguo, haciendo que la mecánica clásica sea una de las asignaturas más antiguas y más grandes en ciencia, ingeniería y tecnología,
Algunos filósofos griegos de la antigüedad, entre ellos Aristóteles, fundador de la física aristotélica, pueden haber sido los primeros en mantener la idea de que "todo sucede por una razón" y que los principios teóricos pueden ayudar a la comprensión de la naturaleza. Mientras que para un lector moderno, muchas de estas ideas preservadas aparecen como eminentemente razonables, existe una evidente falta tanto de teoría matemática como de experimento controlado, tal como lo conocemos. Más tarde se convirtieron en factores decisivos para formar la ciencia moderna, y su aplicación temprana llegó a conocerse como mecánica clásica.
En su Elementa super demonstrationem ponderum , el matemático medieval Jordanus de Nemore introdujo el concepto de "gravedad posicional" y el uso de fuerzas componentes.
La primera explicación causal publicada de los movimientos de los planetas fue Astronomia nova de Johannes Kepler , publicado en 1609. Concluyó, basado en las observaciones de Tycho Brahe en la órbita de Marte, que las órbitas del planeta eran elipses. Esta ruptura con el pensamiento antiguo estaba sucediendo casi al mismo tiempo que Galileo proponía leyes matemáticas abstractas para el movimiento de objetos. Él puede (o no) haber realizado el famoso experimento de arrojar dos balas de cañón de diferentes pesos desde la torre de Pisa, lo que demuestra que ambos caen al suelo al mismo tiempo. La realidad de ese experimento en particular es discutida, pero sí llevó a cabo experimentos cuantitativos haciendo rodar bolas en un plano inclinado. Su teoría del movimiento acelerado se derivó de los resultados de tales experimentos y forma una piedra angular de la mecánica clásica.
Newton fundó sus principios de filosofía natural en tres leyes del movimiento propuestas: la ley de inercia, su segunda ley de aceleración (mencionada anteriormente) y la ley de acción y reacción; y, por lo tanto, sentó las bases de la mecánica clásica. Tanto la segunda como la tercera leyes de Newton recibieron el tratamiento científico y matemático adecuado en Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica de Newton. Aquí se distinguen de los intentos anteriores de explicar fenómenos similares, que eran incompletos, incorrectos o se les daba poca expresión matemática precisa. Newton también enunció los principios de conservación del momento y el momento angular. En mecánica, Newton también fue el primero en proporcionar la primera formulación científica y matemática correcta de la gravedad en la ley de Newton de la gravitación universal. La combinación de las leyes de movimiento y gravitación de Newton proporciona la descripción más completa y precisa de la mecánica clásica. Demostró que estas leyes se aplican a los objetos cotidianos, así como a los objetos celestes. En particular, obtuvo una explicación teórica de las leyes de movimiento de los planetas de Kepler.
Newton había inventado previamente el cálculo, de las matemáticas, y lo utilizó para realizar los cálculos matemáticos. Para la aceptabilidad, su libro, los Principia , fue formulado completamente en términos de los métodos geométricos establecidos hace mucho tiempo, que pronto fueron eclipsados por su cálculo. Sin embargo, fue Leibniz quien desarrolló la notación de la derivada e integralpreferida hoy.
Newton y la mayoría de sus contemporáneos, con la notable excepción de Huygens, trabajaron en la suposición de que la mecánica clásica podría explicar todos los fenómenos, incluida la luz, en forma de óptica geométrica. Incluso cuando descubrió los llamados anillos de Newton (un fenómeno de interferencia de onda) mantuvo su propia teoría corpuscular de la luz.
Después de Newton, la mecánica clásica se convirtió en un campo de estudio principal tanto en matemáticas como en física. Varias reformulaciones progresivamente permitieron encontrar soluciones a un número mucho mayor de problemas. La primera reformulación notable fue en 1788 por Joseph Louis Lagrange. La mecánica de Lagrange a su vez fue reformulada en 1833 por William Rowan Hamilton.
Se descubrieron algunas dificultades a fines del siglo XIX que solo podrían ser resueltas por la física más moderna. Algunas de estas dificultades se relacionan con la compatibilidad con la teoría electromagnética y el famoso experimento de Michelson-Morley. La resolución de estos problemas condujo a la teoría especial de la relatividad, a menudo considerada como parte de la mecánica clásica.
Un segundo conjunto de dificultades se relacionó con la termodinámica. Cuando se combina con la termodinámica, la mecánica clásica conduce a la paradoja de Gibbs de la mecánica estadística clásica, en la cual la entropía no es una cantidad bien definida. La radiación de cuerpo negro no se explicó sin la introducción de cuantos. A medida que los experimentos alcanzaron el nivel atómico, la mecánica clásica no pudo explicar, incluso aproximadamente, cosas tan básicas como los niveles de energía y tamaños de los átomos y el efecto fotoeléctrico. El esfuerzo para resolver estos problemas condujo al desarrollo de la mecánica cuántica.
Desde finales del siglo XX, la mecánica clásica en física ya no es una teoría independiente. En cambio, la mecánica clásica ahora se considera una teoría aproximada a la mecánica cuántica más general. El énfasis se ha desplazado a la comprensión de las fuerzas fundamentales de la naturaleza como en el modelo Estándar y sus extensiones más modernas en una teoría unificada de todo. La mecánica clásica es una teoría útil para el estudio del movimiento de partículas no cuánticas mecánicas y de baja energía en campos gravitacionales débiles. Además, se ha extendido al dominio complejo donde la mecánica clásica compleja exhibe comportamientos muy similares a la mecánica cuántica.
Sucursales
La mecánica clásica se dividió tradicionalmente en tres ramas principales:
- Estática, el estudio del equilibrio y su relación con las fuerzas
- Dinámica, el estudio del movimiento y su relación con las fuerzas
- Cinemática, que trata con las implicaciones de los movimientos observados sin tener en cuenta las circunstancias que los causan
Otra división se basa en la elección del formalismo matemático:
- Mecánica newtoniana
- Mecánica lagrangiana
- Mecánica hamiltoniana
Alternativamente, se puede hacer una división por región de aplicación:
- Mecánica celeste, relacionada con estrellas, planetas y otros cuerpos celestes
- Mecánica continua, para materiales modelados como un continuo, por ejemplo, sólidos y fluidos (es decir, líquidos y gases).
- Mecánica relativista (es decir, que incluye las teorías especiales y generales de la relatividad), para cuerpos cuya velocidad es cercana a la velocidad de la luz.
- Mecánica estadística, que proporciona un marco para relacionar las propiedades microscópicas de átomos y moléculas individuales con las propiedades termodinámicas macroscópicas o masivas de los materiales.