Mekanika klasik

Mekanika klasik yaitu babak dari ilmu fisika mengenai gaya yang bekerja pada benda. Sering dinamakan "mekanika Newton" dari Newton dan hukum gerak Newton. Mekanika klasik dibagi dijadikan sub babak lagi, yaitu statika (mempelajari benda diam), kinematika (mempelajari benda bergerak), dan dinamika (mempelajari benda yang terpengaruh gaya). Lihat juga mekanika.

Mekanika klasik menghasilkan hasil yang sangat akurat dalam kehidupan sehari-hari. Dia disertai oleh relativitas khusus untuk sistem yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, mendekati kecepatan cahaya, mekanika kuantum untuk sistem yang sangat kecil, dan ajang teori kuantum untuk sistem yang memiliki kedua sifat di atas. Namun, mekanika klasik sedang sangat berguna, karena beliau lebih sederhana dan mudah dilangsungkan dari teori pautannya, dan dia juga memiliki perkiraan yang valid dan luas terapannya. Mekanika klasik dapat dipergunakan untuk menerangkan gerakan benda sebesar manusia (seperti gasing dan bisbol), juga benda-benda astronomi (seperti planet dan galaksi, dan beberapa benda mikroskopis (seperti molekul organik).

Mekanika klasik menggambarkan dinamika partikel atau sistem partikel. Dinamika partikel demikian, dipandukan oleh hukum-hukum Newton perihal gerak, terutama oleh hukum kedua Newton. Hukum ini menerangkan, "Sebuah benda yang memperoleh pengaruh gaya atau interaksi hendak bergerak sedemikian rupa sehingga laju perubahan waktu dari momentum sama dengan gaya tersebut".

Hukum-hukum gerak Newton baru memiliki arti fisis, bila hukum-hukum tersebut diacukan terhadap suatu kerangka acuan tertentu, yakni kerangka acuan inersia (suatu kerangka acuan yang bergerak serba sama - tak merasai percepatan). Prinsip Relativitas Newtonian menerangkan, "Bila hukum-hukum Newton jadi dalam suatu kerangka acuan maka hukum-hukum tersebut juga jadi dalam kerangka acuan pautan yang bergerak serba sama relatif terhadap kerangka acuan pertama".

Pemikiran partikel merdeka dikenalkan ketika suatu partikel merdeka dari pengaruh gaya atau interaksi dari luar sistem fisis yang ditinjau (idealisasi fakta fisis yang sebenarnya). Gerak partikel terhadap suatu kerangka acuan inersia tak gayut (independen) kedudukan titik asal sistem koordinat dan tak gayut arah gerak sistem koordinat tersebut dalam ruang. Dikatakan, dalam kerangka acuan inersia, ruang bersifat homogen dan isotropik. Bila partikel merdeka bergerak dengan kecepatan konstan dalam suatu sistem koordinat sementara interval waktu tertentu tidak merasai perubahan kecepatan, konsekuensinya yaitu waktu bersifat homogen.

Prinsip Hamilton

Analisis gerakan proyektil yaitu salah satu babak dari mekanika klasik.

Bila ditinjau gerak partikel yang terkendala pada suatu permukaan babak, maka diperlukan keadaan gaya tertentu yakni gaya konstrain yang berperan mempertahankan kontak sela partikel dengan permukaan babak. Namun sayang, tak selalu gaya konstrain yang bergerak melakukan sesuatu terhadap partikel dapat dikenal. Pendekatan Newtonian memerlukan informasi gaya total yang bergerak melakukan sesuatu pada partikel. Gaya total ini yaitu semuanya gaya yang bergerak melakukan sesuatu pada partikel, termasuk juga gaya konstrain. Oleh karenanya, bila dalam kondisi khusus terdapat gaya yang tak dapat dikenal, maka pendekatan Newtonian tak jadi. Sehingga diperlukan pendekatan baru dengan meninjau kuantitas fisis pautan yang yaitu karakteristik partikel, misal energi totalnya. Pendekatan ini diterapkan dengan menggunakan prinsip Hamilton, dimana persamaan Lagrange yakni persamaan umum dinamika partikel dapat diturunkan dari prinsip tersebut.

Prinsip Hamilton menyebutkan, "Dari seluruh pelintasan yang mungkin untuk sistem dinamis untuk berpindah dari satu titik ke titik pautan dalam interval waktu spesifik (konsisten dengan sembarang konstrain), pelintasan nyata yang disertai sistem dinamis yaitu pelintasan yang meminimumkan integral waktu beda sela energi kinetik dengan energi potensial.".

Persamaan Lagrange

Persamaan gerak partikel yang dijelaskan oleh persamaan Lagrange dapat diperoleh dengan meninjau energi kinetik dan energi potensial partikel tanpa perlu meninjau gaya yang bergerak melakukan sesuatu pada partikel. Energi kinetik partikel dalam koordinat kartesian yaitu fungsi dari kecepatan, energi potensial partikel yang bergerak dalam ajang gaya konservatif yaitu fungsi dari kedudukan.

Bila didefinisikan Lagrangian sebagai beda sela energi kinetik dan energi potensial. Dari prinsip Hamilton, dengan mensyaratkan kondisi nilai stasioner maka dapat diturunkan persamaan Lagrange. Persamaan Lagrange yaitu persamaan gerak partikel sebagai fungsi dari koordinat umum, kecepatan umum, dan mungkin waktu. Kegayutan Lagrangian terhadap waktu yaitu konsekuensi dari kegayutan konstrain terhadap waktu atau disebabkan persamaan transformasi yang menghubungkan koordinat kartesian dan koordinat umum mengandung fungsi waktu. Pada landasannya, persamaan Lagrange ekivalen dengan persamaan gerak Newton, bila koordinat yang dipergunakan yaitu koordinat kartesian.

Mengapa perlu formulasi Lagrangian?

Dalam mekanika Newtonian, pemikiran gaya diperlukan sebagai kuantitas fisis yang berperan dalam gerakan terhadap partikel. Dalam dinamika Lagrangian, kuantitas fisis yang ditinjau yaitu energi kinetik dan energi potensial partikel. Keuntungannya, karena energi yaitu besaran skalar, maka energi bersifat invarian terhadap transformasi koordinat.

Dalam kondisi tertentu, tidaklah mungkin atau sukar menerangkan seluruh gaya yang bergerak melakukan sesuatu terhadap partikel, maka pendekatan Newtonian dijadikan bersangkut paut pula atau bahkan tak mungkin diterapkan. Oleh karenanya, pada peningkatan berikutnya dari mekanika, prinsip Hamilton berperan penting karena beliau hanya meninjau energi partikel saja [1].

Mekanika Klasik dan Fisika Modern

Meskipun mekanika klasik hampir selaras dengan teori "klasik" pautannya seperti elektrodinamika dan termodinamika klasik, tidak kekurangan beberapa ketidaksamaan ditemukan di akhir masa abad 19 yang hanya dapat dituntaskan dengan fisika modern. Khususnya, elektrodinamika klasik tanpa relativitas memperkirakan bahwa kecepatan cahaya yaitu relatif konstan dengan Luminiferous aether, perkiraan yang sukar dituntaskan dengan mekanik klasik dan yang mengarah kepada upaya mengembangkan kualitas relativitas khusus. Ketika digabungkan dengan termodinamika klasik, mekanika klasik mengarah ke paradoks Gibbs yang menerangkan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultraviolet yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha untuk mendudukkan permasalahan ini mengarah ke upaya mengembangkan kualitas mekanika kuantum.

Lihat pula

• mekanika