CPH Theory نظریه سی پی اچ

مکانیک تحلیلی همانگونه که از نامش بر می‌آید ، شاخه‌ای از علم گسترده فیزیک است که به تجزیه و تحلیل حرکت سیستم‌های مختلف می‌پردازد‌. در مکانیک کلاسیک حرکت در حالت کلی مورد بحث قرار می‌گیرد. و کمتر به ریزه‌کاریهای موجود در حرکت پرداخت می‌شود. به عنوان حرکت یک دستگاه چند ذره‌ای به طور کامل جرمی می‌شود ، در صورتیکه در مکانیک کلاسیک بیشتر حرکت تک ذره و در نهایت سیستم دو یا سه ذره‌ای مورد بحث قرار می‌گیرد. مکانیک تحلیلی جهت آماده سازی برای کار پیشرفته در فیزیک جنبه اساسی دارد‌. یکی از اهداف مکانیک تحلیلی تحریک حس کنجکاوی در خواننده است به گونه‌ای که او را به فکر کردن درباره پدیده‌های فیزیکی در قالب عبارات ریاضی آماده می‌کند و زمینه‌ای برای درک عمیق اصول اساسی مکانیک ایجاد می‌کند. هدف فرا گرفتن مکانیک ، باید این باشد که شئی تقریبا به همان اندازه شهودی برای بیان ریاضی مسائل فیزیکی و همچنین برای تغییر فیزیکی جوابهای ریاضی در خواننده پدید آید

ابتدا مفاهیم اساسی مکانیک و قوانین مکانیک و ثقل به زبان ریاضی بیان می‌شوند. سپس مساله حرکت در فضای یک بعدی به طور کامل تشریح می‌گردد. و حرکت نوسانگر هماهنگ به عنوان مهمترین مثال حرکت تک بعدی بررسی می‌شود، که در این بررسی اعداد مختلف برای نمایش کمیت‌های نوسانی استفاده می‌شود. بنابراین یک توصیف اولیه‌ای از مکانیک به وجود می‌آید

در این مرحله جبر برداری به عنوان یک ابزار بسیار قوی در بیان مسائل مکانیک و کاربرد آن در مکانیک مورد برسی قرار می‌گیرد. و بنابراین حرکت به حالت‌های دو بعدی و سه بعدی تقسیم می‌شود. به این ترتیب پایه‌های لازم برای مطالعه حرکت سیستم‌های مختلف پی ریزی می‌گردند. در نهایت به مطالعه پیشرفیه تر نظیر مکانیک محیط های پیوسته ،مکانیک لاگرانژی و نظریه ارتعاشات کوچک پرداخت می‌شود

مکانیک علم دقیقی است، یعنی علمی است که قوانین آن به صورت معادلات ریاضی بیان می‌شوند که نتایج اندازه گیریهای کمی دقیق را بیان و پیشگویی می‌کند. برتری نظریه‌های کمی فیزیک فقط در جنبه علمی آنها هست که ما را قادر می‌سازد که پدیده‌های طبیعی را با دقت پیش بینی و کنترل می‌کنیم. از مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیریهای دقیق با پیش بینی‌های عددی نظریه می‌توانیم به میزان قابل ملاحظه‌ای از صحت نظریه اطمینان حاصل کنیم، یا معلوم داریم که از چه نظر محتاج اصلاح است

چه بسا تشخیص نظریه صحیح مقدور نباشد، ولی اگر بتوان نظریه‌ای پدید آورد که نتایج حاصل از ندازه گیری‌ها را تا چهار یا پنج ( حتی دو یا سه ) رقم معنی دار تقریب پیش بینی کند، آن نظریه نمی واند چندان ناصحیح باشد. توافق تقریبی ممکن است فقط تصادفی باشد، ولی توافق نزدیک به کمال محال است ، چنین باشد. از این گذشته موارد بسیاری در تاریخ علوم بوده است که اختلافهای کوچک اما مهم میان نظریه و نتایج حاصل از اندازه گیری‌های دقیق باعث به وجود آمدن نظریه‌های تازه و پر دامنه تری شده‌اند. حال آن که اگر فقط به توضیح کیفی پدیده‌ها قانع می‌بودیم، نمی‌توانستیم حتی به وجود چنین اختلافهای پی ببریم

از نظر تاریخی ، مکانیک اولین شاخه از فیزیک است که به صورت علمی دقیق توسعه یافت. دانشمندان یونانی در قرن سوم قبل از میلاد مسیح با قوانین اهرم‌ها و سیالات در حال تعادل استاتیکی آشنا بودند. گسترش شگرف فیزیک در دو سه قرن اخیر با کشف قوانین مکانیک توسط گالیله و اسحاق نیوتن شروع شد. قوانین مکانیک چنان که توسط اسحاق اسحاق نیوتن در اواسط قرن هفدهم ، و قوانین الکترسیته و مغناطیس که توسط ماکسول در حدود دویست سال بعد به زبان ریاضی بیان شدند ، دو نظریه اساسی فیزیک کلاسیک به شمار می‌رود

فیزیک نسبیت که با کار اینیشتن شروع شد و فیزیک کوانتوم که بر اساس کارها یزنبرگ و شدودنیگر استوار بود اصلاح و بیان تازه قوانین مکانیک و الکترودینامیک را بر حسب مفاهیم فیزیکی جدید ایجاد می‌کرد. با این همه فیزیک جدید بر پایه‌های ساخته شده که توسط فیزیک کلاسیک بنا گردیده است و درک روشن اصول مکانیک و الکترودینامیک کلاسیک هنوز هم برای آموختن فیزیک نسبیت و کوانتم دارای اهمیت اساسی است. به علاوه قوانین مکانیک هنوز هم در اکثر کاربرد‌های علمی مکانیک در رشته‌های مهندسی و نجوم قابل اعمالند. مگر در مواردی که اجسام با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند و یا هنگامی که اجرام یا فواصل عظیم در کار باشند

مکانیک ، علم حرکت اجسام مادی است و می‌توان آن را به سه شاخه سینماتیک ، دینامیک و استاتیک تقسیم کرد. سینماتیک برسی و تشریح حرکات ممکن اجسام مادی است. دینامیک برسی قوانینی است که معین می‌کند از میان حرکات ممکن ، کدام مورد در هر حرکت اتفاق می‌افتد. در دینامیک است که مفهوم نیرو وارد می‌شود

مسئله اصلی دینامیک این است که برای هر دستگاه فیزیکی ، حرکاتی را که تحت تاثیر نیروهای داده شده بوجود می‌آید مشخص کند. استاتیک برسی نیروها و دستگاههای نیروها است

همچنین می‌توان مکانیک را بر حسب نوع دستگاه فیزیکی مورد برسی ، تقسیم کرد . ساده ترین دستگاه فیزیکی ، یک تک ذره است. سپس حرکت دستگاهی از ذرات را مطالعه خواهیم کرد. جسم صلب را می‌توان نوع خاصی از دستگاه ذرات دانست‌. و در نهایت حرکت محیط‌های پیوسته و مواد الاستیک و پلاستیک (کشوار و ناکشوار) و جامدها و مایعات و گازها را مطالعه خواهیم کرد.

در این مبحث مکانیک محیط‌های پیوسته ، جامدات ، سیالها و غیرو را مورد مطالعه قرار می‌گیرد . در چنین مسائلی ، تعداد ذرات آنقدر زیاد است که مطالعه حرکت یک به یک آنها عملی نیست و در عوض فرض می‌شود که ماده به طور پیوسته در فضا توضیع شده و به وسیله چگالیش مشخص شده است.

البته لازم به توضیع است که مکانیک محیط های پیوسته به صورت شاخه‌ای از فیزیک و مکانیک ، تحت عنوان مکانیک سیالات مورد بحث قرار می‌گیرد ، که در این حالت کمتر از مکانیک ذره‌ای استفاده می‌شود بیشتر با استفاده از مکانیک لاگرانژی برسی می‌شود . یعنی ابتدا یک چگالی لاگراژی برای سیستم تعریف می‌شود ، سپس با استفاده از معادلات اویلر- لاگرانژ معادله‌های حرکت بدست می‌آیند. بنابراین اولین قدم نوشتن یک لاگرانژی مناسب ، ماتناسب با سیستم می‌باشد. همچنین در مباحث پیشرفته و در مقاطع عالی فیزیک گرایشی تحت عنوان نظریه ریسمان وجود دارد که با استفاده از مفاهیم کوانتومی به طور مفصل سیستم‌های مشابه محیط های پیوسته مورد یرسی قرار می‌گیرند.

اولین قدم در تشریح حرکت یک سیستم انتخاب دستگاه مختصات متناسب با سیستم است . بعنوان مثال برای تشریح حرکت تحت تاثیر نیروهای مرکزی بهتر است از مختصات قطبی استفاده کنیم. در حالت کلی می‌توان یک مجموعه مختصات تقسیم یافته معرفی کرد که سیستم‌های دکارتی و قطبی و ... حالت خاصی از یک سیستم می‌تواند باشد. مختصات تعمیم یافته دارای محدودیت نیست و براحتی می تواند در مورد سیستم ذرات اعمال شود. معادلات لاگرانژ و مکانیک لاگرانژ که یک روش عامتر در مکانیک است بر اساس مختصات تعمیم یافته تعریف می‌شود.

مسئله مهمی که اغلب پیش می‌آید، این است که تعیین کنیم که آیا حرکت داده شده دستگاهی دینامیکی پایدار است یا نیست یا اگر پایدار است خصوصیت ارتعاشات کوچک حول حرکت داده شده را تعیین کنیم. ساده‌ترین مسئله از این نوع ، مسئله پایداری یک نقطه تعادل است در مطالعه ارتعاشات کوچک سیستم‌ها ، از مفهوم مختصات تعمیم یافته ،معادلات لاگرانژ و جبر تانسوری استفاده می‌شود.