Jump to content

యాంత్రిక శాస్త్రం

వికీపీడియా నుండి
సమతుల్య స్థితిలో ఉన్న ఒక గైరోస్కోప్ (gyroscope)

మెకానిక్స్ (Mechanics) లేదా యంత్రశాస్త్రం (from Lua error in మాడ్యూల్:ISO_639_name at line 108: attempt to index local 'data' (a nil value). μηχανική (మూస:Grc-transl) 'యంత్రాలకు సంబంధించి') [1][2] అనేది భౌతిక వస్తువుల మీద పనిచేసే బలం (force), పదార్థం (matter), చలనం (motion) మధ్య గల సంబంధాలను అధ్యయనం చేసే భౌతిక శాస్త్రం (physics) లోని ఒక విభాగం.[3]వస్తువుల మీద బలాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు, అవి తమ స్థానాన్ని మార్చుకుంటాయి. దీనినే స్థానభ్రంశం (displacement) అని పిలుస్తారు.ఈ శాస్త్రానికి సంబంధించిన సిద్ధాంతాలు ప్రాచీన గ్రీకు దేశంలో మొదలయ్యాయి. అరిస్టాటిల్, ఆర్కిమెడిస్ వంటి గొప్ప శాస్త్రవేత్తల రచనలలో వీటి ప్రస్తావన కనిపిస్తుంది. [4] ఆధునిక కాలం ప్రారంభంలో గెలీలియో గెలీలీ, జోహన్నెస్ కెప్లర్, క్రిస్టియన్ హైగెన్స్, ఐజాక్ న్యూటన్ వంటి వారు నేడు మనం పిలుస్తున్న క్లాసికల్ మెకానిక్స్ (సంప్రదాయ యంత్రశాస్త్రం) కు పునాదులు వేశారు.20వ శతాబ్దంలో కొత్త ఆవిష్కరణలు జరగడం వల్ల పాత సిద్ధాంతాలలో మార్పులు వచ్చాయి. దీని ఫలితంగా రిలేటివిస్టిక్ మెకానిక్స్ (సాపేక్ష యంత్రశాస్త్రం), క్వాంటం మెకానిక్స్ వంటి సరికొత్త విభాగాలు పుట్టుకొచ్చాయి.

చరిత్ర

[మార్చు]

ప్రకృతిని కొన్ని నియమాలు శాసిస్తాయని మొదటగా ఊహించిన వారు ప్రాచీన గ్రీకు తత్వవేత్తలు. ఆ కాలంలో అరిస్టాటిల్ ప్రతిపాదించిన సిద్ధాంతాలే ఎక్కువగా వాడుకలో ఉండేవి. అరిస్టాటిల్ రాసినట్లుగా భావించే కొన్ని పుస్తకాలలో యంత్రాలకు సంబంధించిన సమస్యల గురించి చర్చించారు.గ్రీకు దేశంలో గణితాన్ని ఉపయోగించి వస్తువుల స్థితిని (Static) లేదా చలనాన్ని (Dynamic) విశ్లేషించే పద్ధతి కూడా ఉండేది. పైథాగరియన్లకు చెందిన ఆర్కిటాస్ వంటి వారు ఈ దిశగా కృషి చేశారు.[5] ఆర్కిమెడిస్, అలెగ్జాండ్రియాకు చెందిన హీరో, పాపస్ వంటి వారు తమ పుస్తకాలలో యంత్రశాస్త్రం గురించి ఎన్నో విషయాలు వివరించారు.[6]

మధ్యయుగం

[మార్చు]
అపరిచిత కాలానికి చెందిన అరబిక్ యంత్రం చిత్రం

మధ్యయుగంలో అరిస్టాటిల్ సిద్ధాంతాలను చాలా మంది విమర్శించారు. ముఖ్యంగా 6వ శతాబ్దంలో జాన్ ఫిలోపోనస్ ఈ మార్పులకు శ్రీకారం చుట్టారు. గాలిలోకి విసిరిన వస్తువుల చలనం (projectile motion) గురించి హిప్పార్కస్, ఫిలోపోనస్ చర్చించారు.ప్రసిద్ధ పర్షియన్ పండితుడు ఇబ్న్ సీనా (Ibn Sīnā) 1020లో తన 'బుక్ ఆఫ్ హీలింగ్' పుస్తకంలో చలనం గురించి వివరించారు. ఒక వస్తువును విసిరినప్పుడు దానికి ఒక రకమైన శక్తి (impetus) అందుతుందని, గాలి నిరోధకత వంటి బాహ్య బలాలు అడ్డుపడే వరకు ఆ వస్తువు కదులుతూనే ఉంటుందని ఆయన చెప్పారు.[7][8][9] శూన్యంలో విసిరిన వస్తువు ఏదైనా అడ్డుపడే వరకు ఆగదని కూడా ఆయన వాదించారు. ఇది న్యూటన్ మొదటి చలన నియమానికి దగ్గరగా ఉంటుంది.12వ శతాబ్దపు పండితుడు హిబత్ అల్లా అబుల్-బరకత్ అల్-బగ్దాదీ మాట్లాడుతూ, ఒక వస్తువుపై నిరంతరం బలాన్ని ప్రయోగిస్తే దాని వేగం క్రమంగా పెరుగుతుందని (acceleration) చెప్పారు. ఇది కూడా ఆధునిక యంత్రశాస్త్ర నియమాలకు పునాది వంటిది.[10][11]14వ శతాబ్దంలో జీన్ బురిడాన్ 'ఇంపెటస్ సిద్ధాంతాన్ని' మరింత అభివృద్ధి చేశారు. ఇది కాలక్రమేణా జడత్వం (inertia), వేగం (velocity), త్వరణం (acceleration) వంటి భావనలుగా మారింది. ఆక్స్‌ఫర్డ్ క్యాలిక్యులేటర్స్ అని పిలిచే పండితులు కూడా కిందకు పడే వస్తువుల నియమాలను గణితం ద్వారా వివరించారు.

ఆధునిక కాలం ప్రారంభం

[మార్చు]
1450

ప్రాంతంలో టాకోలా గీసిన పిస్టన్ పంప్ చిత్రం. ఇది యూరప్‌లో మొదటిది.[12]ఈ కాలంలో గెలీలియో గెలీలీ, ఐజాక్ న్యూటన్ ప్రధాన వ్యక్తులు. గెలీలియో 1638లో కిందకు పడే వస్తువుల గురించి పరిశోధనలు చేసి పుస్తకం రాశారు. న్యూటన్ 1687లో తన ప్రసిద్ధ గ్రంథం 'ప్రిన్సిపియా' (Principia Mathematica) ద్వారా యంత్రశాస్త్రానికి పూర్తి స్థాయి గణిత రూపాన్ని ఇచ్చారు. ఆయన కాలిక్యులస్ అనే కొత్త గణిత పద్ధతిని ఉపయోగించి ఈ నియమాలను వివరించారు.న్యూటన్ కంటే ముందే క్రిస్టియన్ హైగెన్స్ వంటి వారు కొన్ని విషయాలను కనుగొన్నప్పటికీ, న్యూటన్ వాటిని శాస్త్రీయంగా క్రమబద్ధీకరించారు. అందుకే న్యూటన్ నియమాలను సంప్రదాయ యంత్రశాస్త్రానికి మూలాలుగా భావిస్తారు.

ఆధునిక యుగం

[మార్చు]

20వ శతాబ్దంలో రెండు ముఖ్యమైన మార్పులు వచ్చాయి: ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ ప్రతిపాదించిన సాపేక్షత సిద్ధాంతం (Relativity), మరియూ క్వాంటం మెకానిక్స్. 19వ శతాబ్దపు ఆలోచనల ఆధారంగా ఇవి పుట్టుకొచ్చాయి. 20వ శతాబ్దం రెండో భాగంలో ద్రవ పదార్థాలు, ఘన పదార్థాల ధర్మాల గురించి అధ్యయనం చేసే 'కంటిన్యుమ్ మెకానిక్స్' బాగా అభివృద్ధి చెందింది.

యాంత్రిక వస్తువుల రకాలు

[మార్చు]

యంత్రశాస్త్రంలో 'వస్తువు' (Body) అనే పదాన్ని చాలా రకాలుగా వాడతారు. ఇందులో చిన్న కణాలు (particles), అంతరిక్ష నౌకలు, నక్షత్రాలు, యంత్ర భాగాలు, ఘన పదార్థాలు, ద్రవాలు, వాయువులు ఇలా ఏదైనా ఉండవచ్చు.వస్తువుల స్వభావాన్ని బట్టి మెకానిక్స్ విభాగాలు మారుతుంటాయి:కణాలు (Particles): వీటిని చిన్న చుక్కలుగా భావిస్తారు. వీటికి లోపలి నిర్మాణం ఉండదు.ధృఢ వస్తువులు (Rigid bodies): వీటికి ఒక ఆకారం, పరిమాణం ఉంటుంది. కానీ బలం ప్రయోగించినప్పుడు వీటి ఆకారం మారదు.సాగే వస్తువులు (Elastic bodies): బలం ప్రయోగించినప్పుడు వీటి ఆకారం మారుతుంది, బలం తీసేస్తే మళ్ళీ పాత స్థితికి వస్తాయి.ద్రవాలు (Fluids): ఇవి ప్రవహించే గుణం కలిగి ఉంటాయి.ఉదాహరణకు, ఒక అంతరిక్ష నౌక కదలికను సంప్రదాయ యంత్రశాస్త్రం ద్వారా వివరించవచ్చు, కానీ పరమాణువు లోపల ఉండే కణాల కదలికలను వివరించడానికి క్వాంటం మెకానిక్స్ అవసరం అవుతుంది.

ఉప విభాగాలు

[మార్చు]

మెకానిక్స్‌ను ప్రధానంగా మూడు విభాగాలుగా విభజించవచ్చు.గమనిక: భౌతిక శాస్త్రంలో 'ఫీల్డ్ థియరీ' (Field theory) అనే మరో విభాగం కూడా ఉంది. ఇది విద్యుదయస్కాంత లేదా గురుత్వాకర్షణ క్షేత్రాల గురించి వివరిస్తుంది. అయితే వాస్తవానికి ఈ క్షేత్రాలు, వస్తువుల కదలికలు ఒకదానితో ఒకటి కలిసి ఉంటాయి. క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో కణాలు కూడా తరంగాల వలె ప్రవర్తిస్తాయని చెబుతారు.

క్లాసికల్ (సంప్రదాయ యంత్రశాస్త్రం)

[మార్చు]
ప్రొఫెసర్ వాల్టర్ లెవిన్ ఎంఐటి (MIT) లో న్యూటన్ గురుత్వాకర్షణ నియమాన్ని వివరిస్తున్న దృశ్యంWalter Lewin (October 4, 1999). Work, Energy, and Universal Gravitation. MIT Course 8.01: Classical Mechanics, Lecture 11 (ogg) (videotape). Cambridge, MA US: MIT OCW. Event occurs at 1:21-10:10. Retrieved December 23, 2010.

దీని కిందకు వచ్చే ప్రధానాంశాలు:న్యూటోనియన్ మెకానిక్స్: చలనం, బలాల గురించి తెలిపే ప్రాథమిక సిద్ధాంతం.అనలిటికల్ మెకానిక్స్: ఇది న్యూటన్ నియమాలను శక్తి (energy) ఆధారంగా వివరిస్తుంది. ఇందులో హామిల్టోనియన్, లాగ్రాంజియన్ అని రెండు పద్ధతులు ఉన్నాయి.ఖగోళ యంత్రశాస్త్రం (Celestial mechanics): అంతరిక్షంలోని గ్రహాలు, నక్షత్రాల కదలికల గురించి వివరిస్తుంది.ద్రవ యంత్రశాస్త్రం (Fluid mechanics): ద్రవాలు, వాయువుల చలనం గురించి తెలుపుతుంది.ధ్వని శాస్త్రం (Acoustics): వస్తువులలో ధ్వని ఎలా ప్రయాణిస్తుందో వివరిస్తుంది.స్టాటిక్స్ (Statics): నిలకడగా ఉన్న వస్తువుల మీద బలాల ప్రభావం గురించి చెబుతుంది.బయోమెకానిక్స్: జీవుల శరీరంలోని కదలికల గురించి అధ్యయనం చేస్తుంది.

క్వాంటం మెకానిక్స్

[మార్చు]

అతి సూక్ష్మమైన కణాల గురించి వివరించే విభాగం ఇది.ష్రోడింగర్ తరంగ యంత్రశాస్త్రం: పరమాణు కణాల తరంగ స్వభావాన్ని వివరిస్తుంది.పరమాణు భౌతిక శాస్త్రం (Particle physics): ప్రాథమిక కణాల ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేస్తుంది.న్యూక్లియర్ ఫిజిక్స్: పరమాణు కేంద్రకం (nucleus) లోని మార్పుల గురించి తెలుపుతుంది.చారిత్రకంగా చూస్తే, క్లాసికల్ మెకానిక్స్ క్వాంటం మెకానిక్స్ కంటే 250 ఏళ్ల ముందే పుట్టింది. 17వ శతాబ్దంలో న్యూటన్ తన నియమాలను ప్రతిపాదించగా, 20వ శతాబ్దంలో ప్లాంక్, ఐన్‌స్టీన్ పరిశోధనల వల్ల క్వాంటం మెకానిక్స్ మొదలైంది.ఈ రెండు విభాగాల మధ్య గొడవ ఏమీ లేదు. పెద్ద వస్తువుల (ఉదాహరణకు బేస్ బాల్) విషయంలో క్వాంటం నియమాలను వాడినా, క్లాసికల్ మెకానిక్స్ ఇచ్చే ఫలితాలే వస్తాయి. దీనినే 'కరస్పాండెన్స్ ప్రిన్సిపుల్' అంటారు. కానీ పరమాణువుల స్థాయిలో మాత్రం క్లాసికల్ మెకానిక్స్ సరిగ్గా పనిచేయదు, అక్కడ క్వాంటం మెకానిక్స్ మాత్రమే సరైన ఫలితాలను ఇస్తుంది.సుమారు 400 ఏళ్ల క్రితం వరకు చలనం గురించి అరిస్టాటిల్ అభిప్రాయాలనే నమ్మేవారు. భూమి విశ్వానికి కేంద్రమని, వస్తువులు భూమి మీద పడటం వాటి సహజ లక్షణమని భావించేవారు. కానీ గెలీలియో ఈ ఆలోచనలను మార్చారు. బరువైన వస్తువులైనా, తేలికపాటి వస్తువులైనా గాలి లేని చోట ఒకే వేగంతో కిందకు పడతాయని ఆయన నిరూపించారు. న్యూటన్ ఈ విశ్లేషణను మరింత పెంచి బలం, ద్రవ్యరాశి (mass) అనే పదాలను నిర్వచించారు.వేగం కాంతి వేగానికి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు న్యూటన్ నియమాలు సరిపోవు, అప్పుడు ఐన్‌స్టీన్ సాపేక్షత సిద్ధాంతం కావాలి. పరమాణువుల లోపల క్వాంటం సిద్ధాంతం కావాలి. కానీ మన రోజువారీ పనులలో మాత్రం న్యూటన్ మూడు చలన నియమాలే ఆధారం.

రిలేటివిస్టిక్ (సాపేక్ష యంత్రశాస్త్రం)

[మార్చు]

వస్తువులు కాంతి వేగంతో సమానమైన వేగంతో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు ఈ నియమాలు వాడతారు. ఐన్‌స్టీన్ ప్రతిపాదించిన ఈ సిద్ధాంతం ప్రకారం, వేగం పెరిగేకొద్దీ వస్తువుల ద్రవ్యరాశి, శక్తిలో మార్పులు వస్తాయి.ఉదాహరణకు, సంప్రదాయ యంత్రశాస్త్రంలో గతిశక్తి (kinetic energy) సూత్రం $E = \frac{1}{2}mv^2$. కానీ సాపేక్ష యంత్రశాస్త్రంలో ఇది $E = (\gamma - 1)mc^2$ గా మారుతుంది (ఇక్కడ $\gamma$ అనేది లోరెంట్జ్ ఫ్యాక్టర్). వేగం తక్కువగా ఉన్నప్పుడు ఈ రెండు సూత్రాలు ఒకే రకమైన ఫలితాన్ని ఇస్తాయి.[13]ఎక్కువ శక్తి ఉండే ప్రక్రియలలో క్వాంటం మెకానిక్స్, సాపేక్షత సిద్ధాంతం రెండింటినీ కలిపి ఉపయోగిస్తారు. దీనినే 'క్వాంటం ఫీల్డ్ థియరీ' అంటారు.[14]

సాంప్రదాయ యాంత్రిక శాస్త్రం, క్వాంటమ్ యాంత్రిక శాస్త్రం

[మార్చు]

యాంత్రిక శాస్త్రాన్నే సాంప్రదాయ యాంత్రిక శాస్త్రం, క్వాంటమ్ యాంత్రిక శాస్త్రం అని రెండు భాగాలుగా విభజించవచ్చు. సాంప్రదాయ యాంత్రిక శాస్త్రం ప్రాచీనమైనది. దీనికి ప్రఖ్యాత శాస్త్రవేత్త న్యూటన్ రాసిన ప్రిన్సిపియా మేథమేటికా అనే పుస్తకంలో ప్రస్తావించిన మూడు సూత్రాలు పునాది. క్వాంటమ్ యాంత్రిక శాస్త్రం ఇరవయ్యో శతాబ్దం మొదటి భాగంలో అభివృద్ధి చేయబడింది. ఈ రెండు శాస్త్రాలు కలిసికట్టుగా ప్రస్తుత భౌతిక ప్రపంచాన్ని శాస్త్రీయంగా అర్థం చేసుకోవడానికి ఉపకరిస్తున్నాయి.

వృత్తిపరమైన సంస్థలు

[మార్చు]

అమెరికన్ సొసైటీ ఆఫ్ మెకానికల్ ఇంజనీర్స్ (ASME) - అప్లైడ్ మెకానిక్స్ విభాగంఅమెరికన్ ఫిజికల్ సొసైటీ - ఫ్లూయిడ్ డైనమిక్స్ విభాగంసొసైటీ ఫర్ ఎక్స్‌పెరిమెంటల్ మెకానిక్స్ఇంటర్నేషనల్ యూనియన్ ఆఫ్ థియరిటికల్ అండ్ అప్లైడ్ మెకానిక్స్

మూలాలు

[మార్చు]
  1. ↑ "mechanics". Oxford English Dictionary. 1933.
  2. ↑ Henry George Liddell; Robert Scott (1940). "mechanics". A Greek-English Lexicon.
  3. ↑ Young, Hugh D.; Roger A. Freedman; A. Lewis Ford; Katarzyna Zulteta Estrugo (2020). Sears and Zemansky's university physics: with modern physics (15th ed.). Harlow: Pearson Education. p. 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.Rana, N.C., and Joag, P.S. Classical Mechanics. West Petal Nagar, New Delhi. Tata McGraw-Hill, 1991, pg 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.
  5. ↑ Zhmud, L. (2012). Pythagoras and the Early Pythagoreans (in ఇంగ్లీష్). OUP Oxford. ISBN 978-0-19-928931-8.
  6. ↑ "A history of mechanics". René Dugas (1988). p.19. ISBN 0-486-65632-2"A Tiny Taste of the History of Mechanics". The University of Texas at Austin.
  7. ↑ Espinoza, Fernando (2005). "An analysis of the historical development of ideas about motion and its implications for teaching". Physics Education. 40 (2): 141. Bibcode:2005PhyEd..40..139E. doi:10.1088/0031-9120/40/2/002. S2CID 250809354.
  8. ↑ Seyyed Hossein Nasr & Mehdi Amin Razavi (1996). The Islamic intellectual tradition in Persia. Routledge. p. 72. ISBN 978-0-7007-0314-2.
  9. ↑ Aydin Sayili (1987). "Ibn Sīnā and Buridan on the Motion of the Projectile". Annals of the New York Academy of Sciences. 500 (1): 477–482. Bibcode:1987NYASA.500..477S. doi:10.1111/j.1749-6632.1987.tb37219.x. S2CID 84784804.
  10. ↑ Pines, Shlomo (1970). "Abu'l-Barakāt al-Baghdādī , Hibat Allah". Dictionary of Scientific Biography. Vol. 1. New York: Charles Scribner's Sons. pp. 26–28. ISBN 0-684-10114-9.
  11. ↑ (cf. Abel B. Franco (October 2003). "Avempace, Projectile Motion, and Impetus Theory", Journal of the History of Ideas 64 (4), p. 521-546 [528].)
  12. ↑ Hill, Donald Routledge (1996). A History of Engineering in Classical and Medieval Times. London: Routledge. p. 143. ISBN 0-415-15291-7.]]
  13. ↑ Landau, L.; Lifshitz, E. (January 15, 1980). The Classical Theory of Fields (4th Revised English ed.). Butterworth-Heinemann. p. 27.
  14. ↑ Weinberg, S. (May 1, 2005). The Quantum Theory of Fields, Volume 1: Foundations (1st ed.). Cambridge University Press. p. xxi. ISBN 0-521-67053-5.

మరింత సమాచారం కోసం

[మార్చు]

Salma Alrasheed (2019). Principles of Mechanics. Advances in Science, Technology & Innovation. Springer Nature. doi:10.1007/978-3-030-15195-9. ISBN 978-3-030-15195-9.Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. (1972). Mechanics and Electrodynamics, Vol. 1. Franklin Book Company, Inc. ISBN 978-0-08-016739-8. బాలుర కోసం ప్రాక్టికల్ మెకానిక్స్ (1914) - జేమ్స్ స్లౌ జెర్బే.

ఫిజ్‌క్లిప్స్: యంత్రశాస్త్రం - వీడియోలు మరియూ చిత్రాలతోది ఆర్కిమెడిస్ ప్రాజెక్ట్మూస:Physics-footer

"https://te.wikipedia.org/w/index.php?title=యాంత్రిక_శాస్త్రం&oldid=4918600" నుండి వెలికితీశారు