Cos’è la meccanica

Prima di analizzare cosa studia la meccanica cerchiamo di familiarizzare con la materia attraverso la definizione fornita dal sito della Treccani:

“Scienza che studia il moto e l’equilibrio dei corpi. È tradizionalmente divisa in tre parti: cinematica, dinamica e statica, che studiano, rispettivamente, il moto prescindendo dalle sue cause, il moto in relazione alle cause che lo determinano e l’equilibrio dei corpi.”

In altre parole in fisica la meccanica è la scienza che studia il moto dei corpi e le cause che lo determinano.
Essa viene convenzionalmente divisa in tre parti: cinematica, dinamica e statica. Analizziamole nel dettaglio.

La cinematica studia il moto indipendentemente dalle cause che lo hanno generato.

La dinamica studia il moto e le cause che lo hanno generato.
Essa è basata su tre leggi:

• 1° legge della dinamica o principio di inerzia
  Se su un corpo non agiscono forze esterne o agisce un sistema di forze in equilibrio, il corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilieneo uniforme.
• 2° legge della dinamica o principio fondamentale della dinamica
  Se su un corpo agisce una forza, o un sistema di forze, esso accelera; la forza risultante applicata al corpo è direttamente proporzionale all’accelerazione e ne condivide direzione e verso.
  L’accelerazione è direttamente proporzionale alla forza e inversamente proporzionale alla massa.
• 3° legge della dinamica o principio di azione-reazione
  Se due corpi interagiscono tra loro si sviluppano due forze, dette comunemente azione e reazione: come grandezze vettoriali sono uguali in modulo e direzione, ma opposte in verso.

La statica studia l’equilibrio dei corpi, ovvero i casi in cui le forze agenti si bilanciano. L’equilibrio può essere statico, quindi il corpo rimane fermo, oppure dinamico, quando il corpo si muove seguendo un moto uniforme.

Le grandezze fondamentali della scienza sono lo spazio, il tempo, la massa e la forza.

Lo spazio è fondamentale per definire la posizione di un punto, posizionato all’interno di un sistema di riferimento.
Il tempo è necessario per la definizione di una sequenza di eventi.
La massa è fondamentale per misurare la resistenza dei corpi al variare del proprio moto.
La forza è il concetto alla base della dinamica; essa indica l’azione diretta o a distanza di un corpo su un altro ed è suddivisa in tre tipologie: forza peso (attrae i corpi verso il centro della terra), forza elastica (generata dalla deformazione di corpi che poi ritornano nella forma originale) e forza centripeta (induce i corpi a muoversi seguendo una traiettoria circolare).

Lo sviluppo della meccanica moderna parte dal Philosophiare naturalis principia mathematica, l’opera di Newton che definisce le tre leggi della dinamica.

Secondo i principi newtoniani qualunque problema di meccanica può essere impostato sulla matematica, ma per essere risolto richiede l’utilizzo di specifici strumenti matematici.
La meccanica da sperimentale diventa così razionale.

Le branche

La meccanica è suddivisa in varie branche, ognuna delle quali è basata sul fondamento comune della meccanica razionale, ovvero la scienza che si sviluppa con procedimento matematico deduttivo da principi generali.

Sul sito della Treccani il termine ‘meccanica razionale’ è considerato come un sinonimo di meccanica classica macroscopica ovvero la “parte della meccanica che, sulla base dei postulati newtoniani (dinamica) studia problemi meccanici relativi a corpi di dimensioni ordinarie, nei vari schemi adottati a rappresentarli, prescindendo da eventuali altri fenomenti concomitanti al fatto meccanico vero e proprio (quali, per es. i fenomeni chimici, elettrici, termici, ecc.)”

Ecco di seguito le branche della meccanica

• Meccanica analitica: si basa sulla deduzione, partendo da principi validi, delle leggi che regolano il moto dei corpi sollecitati.
• Meccanica applicata: a seconda dell’oggetto di studio può essere suddivisa in meccanica applicata alle costruzioni, meccanica applicata ai fluidi (fluidodinamica) e meccanica applicata alle macchine.
• Meccanica celeste: disciplina astronomica che studia il movimento dei corpi celesti, in relazione alle forze agenti e alle leggi che li governano, al fine di calcolarne le traiettorie.
• Meccanica non lineare: studia i fenomeni oscillatori teorizzabili attraverso equazioni differenziali non lineari.
• Meccanica quantistica o teoria dei quanti: descrive in termini statistici il comportamento della materia, della radiazione e delle rispettive interazioni.
  In particolare la teoria fisica si applica ai sistemi di dimensioni atomiche e subatomiche per i quali le leggi della meccanica classica risultano inadeguate.
• Meccanica dei sistemi continui: branca della meccanica che studia il comportamento dei corpi continui, ossia i sistemi nei quali si presume che la materia sia distribuita uniformemente e che quindi riempia lo spazio che occupa il corpo.
• Meccanica statistica: descrive il comportamento dei sistemi fisici complessi (composti da molte particelle) attraverso l’applicazione di teorie della probabilità e tecniche statistiche. La disciplina predice le proprietà macroscopiche della materia (velocità, pressione e temperatura).