Klassische Mechanik

Die Klassische Mechanik (oft auch Newtonsche Mechanik, nach Isaac Newton, der wichtige fundamentale Beiträge zu deren Verständnis lieferte) ist die Physik sich bewegender Objekte der alltäglichen Art. Beispiele von Problemen, die mit klassischer Mechanik gut beschrieben werden können sind der freie Fall von Objekten, Planetenbewegungen oder Bewegungen Starrer Körper (z. B. Kreisel). Die klassische Mechanik versagt bei Problemen, die relativistische oder

quantenmechanische Effekte zeigen.

Das Meiste der klassischen Mechanik lässt sich aus den drei Newton-Axiome ableiten.

Wenn wir folgende Abkürzungen verwenden (fett heißt vektorielle Größe, SI-Einheit in Klammern):

• t Zeit (Sekunde)
• m Masse eines Körpers (Kilogramm)
• s Distanz (Meter)
• v Geschwindigkeit (Meter/Sekunde)
• a Beschleunigung (Meter/Sekunde²)
• F Kraft (Newton=Kilogramm*Meter/Sekunde²)

können wir einige Zusammenhänge ganz axiomatisch aufbauen. Was heißt Geschwindigkeit eigentlich? Bei einer konstanten Geschwindigkeit können wir eine bestimmte Zeit warten und die zurückgelegte Distanz messen. Dann hat der Körper die Geschwindigkeit

Wenn gleichzeitig eine Kraft auf den Körper wirkt, und sich seine Geschwindigkeit dadurch zeitlich verändert, bekommen wir damit jedoch nur eine Art Durchschnittsgeschwindigkeit! Was heißt nun Geschwindigkeit? Hier hat Newton seinen großen Durchbruch gehabt: er definierte die Ableitung einer Größe

welche die Geschwindigkeit für jeden beliebigen Zeitpunkt definiert. Hierbei wird das untersuchte Zeitintervall immer weiter verkleinert und die entsprechende Strecke gemessen (ein Limes t->0). Die weitere Diskussion dieser Tatsache soll der Analysis überlassen bleiben, hingegen definiert die Ableitung der Ortsfunktion zu jedem Zeitpunkt die Geschwindigkeit:

Analoges gilt für die Beschleunigung, definiert als Änderung der Geschwindigkeit:

Nun können wir die zwei ersten Newtonschen Gleichungen so schreiben:

• 
  (oder v(t) = konstant)
• 
  

Letztere Gleichung definiert eigentlich den Begriff Masse, genauer die Träge Masse, welche als Proportionalitätskonstante zwischen Kraft und Beschleunigung die Trägheit des Körpers bestimmt.

Dies ist die Grundlage und ein Beispiel der Arbeitsweise in der klassischen Mechanik. Weitere Stichworte der klassischen Mechanik sind

• Statik: Untersuchung ruhender Systeme
• Dynamik: Newtonsche Gesetze
• Kinetik: Untersuchung bewegter Körper
• Schwingungslehre

• konservative Systeme
• Lagrange-Formalismus
• Hamilton-Formalismus
• Symmetrien und Erhaltungssätze

Siehe auch: Portal Physik

Literatur:

F.Scheck: Mechanik: von den Newtonschen Gesetzen zum deterministischen Chaos. Springer 1988