Μηχανική Στερεών(Β΄Γυμνασίου)

Τι είναι η Μηχανική;

Η Μηχανική είναι ένας από τους βασικότερους τομείς της Φυσικής. Η πλειοψηφία όσων φαινομένων βλέπουμε είναι θέμα Μηχανικής: το σπρώξιμο ενός κιβωτίου, το φρενάρισμα του αυτοκινήτου, τα φύλλα ενός δέντρου που πέφτουν στο έδαφος. Η Μηχανική ασχολείται με την συμπεριφορά των σωμάτων όταν αυτά υπόκεινται σε δυνάμεις ή μετατοπίσεις και με τα αποτελέσματα που προκαλούν στο περιβάλλον.

Η Βασική έννοια της Φυσικής των Στερεών είναι η έννοια του έργου και της ενέργειας. Τίποτα δεν γίνεται χωρίς την ενέργεια.

Ενέργεια

Ακόμα και σήμερα δεν υπάρχει ακριβής ορισμός της ενέργειας. Η ενέργεια είναι γύρω μας, παντού, αλλά δεν μπορούμε να την ορίσουμε. Το αυτοκίνητο για να κινηθεί χρειάζεται ενέργεια. Ο άνθρωπος για να κινηθεί χρειάζεται ενέργεια. Ένα κιβώτιο χρειάζεται ενέργεια. Ο ήλιος για να λάμψει χρειάζεται ενέργεια. Η φωτιά στο τζάκι για να ανάψει χρειάζεται ενέργεια. Αλλά ο άνθρωπος ακόμα δεν μπορεί να την ορίσει ακριβώς. Συναφής έννοια με αυτή της ενέργειας είναι το έργο. Κάθε φορά που έχουμε μεταβολή της ενέργειας ενός σώματος, προσφέρθηκε ή απορροφήθηκε από το σώμα έργο.

Ορισμός του έργου

Έργο δύναμης $\overrightarrow{F}$ που μετατοπίζει το σημείο εφαρμογής της κατά απόσταση $\overrightarrow{x}$ είναι το μέγεθος που που ορίζεται από το γινόμενο της δύναμης F επί την μετακίνηση x.

$W_F=\overrightarrow{F}\cdot \overrightarrow{x}=F\cdot x\cdot cos\varphi$

όπου:

• φ είναι η γωνία που σχηματίζει το διάνυσμα της δύναμης $\overrightarrow{F}$ με το διάνυσμα της μετατόπισης $\overrightarrow{x}$ του σώματος.
• F είναι το μέτρο του διανύσματος $\overrightarrow{F}$
• x είναι το μέτρο του διανύσματος του $\overrightarrow{x}$

ΘΜΚΕ

Το Θεώρημα της Μεταβολής της Κινητικής Ενέργειας, είναι η μαθηματικής έκφραση της παραπάνω πρότασης, ότι το έργο σχετίζεται άμεσα με την μεταβολή της ενέργειας ενός σώματος. Είναι δηλαδή υποπερίπτωση της Αρχή Μεταβολής της Ενέργειας (ΑΔΕ). Η μαθηματική έκφραση του ΘΜΚΕ, είναι η ακόλουθη:

${\mathrm{E}}_{\mathrm{K}}^{\mathrm{A}}+W_{\sum F}={\mathrm{E}}_{\mathrm{K}}^{\mathrm{T}}$

όπου:

• ${\mathrm{E}}_{\mathrm{K}}^{\mathrm{A}}$ είναι η Αρχική Κινητική Ενέργεια του σώματος
• $W_{\sum F}$ είναι το έργο της συνολικής (συνισταμένης) δύναμης
• ${\mathrm{E}}_{\mathrm{K}}^{\mathrm{T}}$ είναι η τελική κινητική ενέργεια του σώματος.

Είναι χρήσιμο να υπενθημίσουμε ότι η κινητκή ενέργεια ενός σώματος μάζας m που κινήται με ταχύτητα $\overrightarrow{u_0}$ είναι ${\mathrm{E}}_{\mathrm{K}}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot u_0^2$

Η ισχύς του παραπάνω νόμου είναι ανεξάρτητη από την κλίμακα των μεγεθών στα οποία αναφερόμαστε. Αυτή είναι η σχέση που μετακινεί τα ηλεκτρόνια από μια τροχιά σε άλλη κάθε φορά που ανάβει μια λάμπα, η ίδια σχέση κάνει τους πλανήτες να περιφέρονται στις συγκεκριμένες τροχιές γύρω από τ'άστρα τους.