Quelltext der Seite Mechanik

{{Begriffsklärungshinweis}}

Die '''Mechanik''' (von {{grcS|μηχανικὴ τέχνη|mechané|de=Maschine, Kunstgriff, Wirkungsweise}})<ref name="Motz2013">{{cite book |author=Heinz Dieter Motz |title=Ingenieur-Mechanik: Technische Mechanik für Studium und Praxis |url=https://books.google.de/books?id=ivanBgAAQBAJ&pg=PA1&hl=de |date=8. März 2013 |publisher=Springer-Verlag |isbn=978-3-642-95761-1 |pages=1}}</ref><ref name="Mittelstraß2014">{{cite book |author=Jürgen Mittelstraß |title=Die griechische Denkform: Von der Entstehung der Philosophie aus dem Geiste der Geometrie |url=https://books.google.de/books?id=dA7pBQAAQBAJ&pg=PT29&hl=de |date=2014 |publisher=De Gruyter |isbn=978-3-11-037062-1 |pages=29}}</ref> ist in den [[Naturwissenschaften]] und den [[Ingenieurwissenschaften]] die Lehre von der Bewegung und Verformung von [[Körper (Physik)|Körpern]] sowie den dabei wirkenden [[Kraft|Kräften]]. In der [[Physik]] wird unter Mechanik meist die [[klassische Mechanik]] verstanden. Im Teilgebiet der [[Theoretische Physik|theoretischen Physik]] wird der Begriff oft abkürzend für die [[theoretische Mechanik]] verwendet. In den Ingenieurwissenschaften versteht man darunter meist die [[Technische Mechanik]], die Methoden und Grundlagen der klassischen Mechanik zur Berechnung von Maschinen oder Bauwerken nutzt.

Sowohl die [[Relativitätstheorie]] als auch die [[Quantenmechanik]] enthalten die klassische Mechanik als Spezialfall.

Die [[Klassische Mechanik]] wurde im 17. Jahrhundert im Wesentlichen durch die Arbeiten von [[Isaac Newton]] begründet und war damit die erste Naturwissenschaft im modernen Sinn (siehe [[Geschichte der Klassischen Mechanik]]).

== Unterteilung ==
{| class="wikitable float-right" style="font-size:90%"|
! Strukturierung der Mechanik im [[Fachgebiet|Fachbereich]] [[Physik]]
|-
|{{Strukturierung Mechanik Kräfte}}
|}

{| class="wikitable float-right" style="font-size:90%"
! Strukturierung der Mechanik <br>im [[Fachgebiet|Fachbereich]] [[Technische Mechanik]]
|-
|{{Strukturierung Mechanik}}
|}
Die Mechanik kann grob in verschiedene Teilgebiete untergliedert werden: Die [[Kinematik]] befasst sich mit der [[Bewegung (Physik)|Bewegung]] von Körpern und beschreibt vor allem die [[Bahnkurve]], [[Geschwindigkeit]] und [[Beschleunigung]] von Körpern, ohne dabei Masse oder Kräfte zu berücksichtigen. Die [[Dynamik (Physik)|Dynamik]] erweitert die Beschreibung der Bewegungen durch die [[Masse (Physik)|Masse]] und die wirkenden [[Kraft|Kräfte]]. Die Dynamik wird häufig unterteilt in die [[Statik (Mechanik)|Statik]] (Kräfte im Gleichgewicht) und die [[Kinetik (Technische Mechanik)|Kinetik]] (Kräfte nicht im Gleichgewicht). In der Technischen Mechanik<ref>Sayir, Kaufmann: ''Ingenieurmechanik.'' Springer, 2015, 2. Auflage, S. 9.</ref> teilt man sie dagegen auch ein in Kinematik und Kinetik und fasst sie als Teilgebiet auf, das neben der Statik steht.

Zudem lassen sich spezielle Teilgebiete der Mechanik nach vielen verschiedenen Kriterien einteilen.<ref>R. Mahnken: ''Lehrbuch der Technischen Mechanik. Band 1: Statik.'' Springer, 2012, S. 5.</ref>

Die oben schon beschriebene Einteilung nach der Berücksichtigung von Kräften ergibt:
* [[Kinematik]] – ohne Berücksichtigung von Kräften
* [[Dynamik (Physik)|Dynamik]] – mit Berücksichtigung von Kräften

Eine Einteilung nach [[Aggregatzustand]] sieht wie folgt aus:
* Mechanik fester Körper ([[Festkörpermechanik]])
** [[Mechanik starrer Körper]] oder Stereomechanik<ref name="hamel">{{Literatur
| Autor=[[Georg Hamel]]
| Titel=Elementare Mechanik
| TitelErg=Ein Lehrbuch
| Verlag=B. G. Teubner
| Ort=Leipzig und Berlin
| Jahr=1912
| Seiten=74
| Online=https://archive.org/details/elementaremecha00hamegoog/
| Zugriff=2020-02-26}}</ref>: Systeme von diskreten Massenpunkten und unverformbare Körper. Sie teilt sich auf in die [[Punktmechanik]], die von Eigendrehungen der Körper absieht, und die [[Kreiseltheorie]], die sich auf die Eigendrehungen konzentriert.
** Mechanik elastischer Körper: Die [[Elastizitätstheorie]] behandelt elastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte zurückbilden wie bei einer Feder. Ein wichtiges Teilgebiet ist die [[Elastostatik]] für unbewegte Körper.
** Mechanik plastischer Körper: Die [[Plastizitätstheorie]] behandelt plastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte nicht zurückbilden, wie bei warmer Butter oder beim Schmieden.
* [[Fluidmechanik]] ([[Gas]]e und [[Flüssigkeit]]en): Sie kann weiter unterteilt werden nach der inneren Reibung in Mechanik [[Ideales Gas|idealer Gase]] oder [[Reales Gas|realer Gase]] und Mechanik reibfreier und [[viskos]]er Flüssigkeiten, sowie nach dem Fluid und nach der Bewegung in Statik (unbewegt, ruhend) und Dynamik (bewegt):
** [[Fluidstatik]]: [[Aerostatik]] (für Gase), [[Hydrostatik]] (für Flüssigkeiten)
** [[Fluiddynamik]]: [[Aerodynamik]], [[Hydrodynamik]]

Die Einteilung nach Anwendungsgebiet führt zu:
* [[Theoretische Mechanik]] (auch „Analytische Mechanik“ genannt). Neben der Unterteilung in Kinematik und Dynamik kann auch nach dem Formalismus unterteilt werden in:<ref>Wolfgang Nolting: ''Grundkurs Theoretische Physik 2. Analytische Mechanik.'' 9. Auflage, S. IX, 105 f.</ref><ref>Honerkamp, Römer: ''Klassische Theoretische Physik.'' 4. Auflage, Vorwort und S. 69.</ref>
** [[Newtonsche Mechanik]]: Die älteste Darstellungsweise, die auf [[Isaac Newton]] zurückgeht. Sie gilt in unbeschleunigten [[Bezugssystem]]en ([[Inertialsystem]]e). Die Lösung konkreter Problemstellungen mit eingeschränkten Bewegungsmöglichkeiten kann sehr aufwendig sein.
** [[Lagrange-Formalismus]]: Eine Darstellungsweise, die auf [[Joseph-Louis Lagrange]] zurückgeht und auch in beschleunigten Bezugssystemen gilt. Sie verwendet verallgemeinerte Koordinaten und gestattet eine deutlich einfachere Lösung vieler Probleme, z.&nbsp;B. bei Systemen mit mehr als zwei Körpern oder mit Bewegungseinschränkungen.
** [[Hamiltonsche Mechanik]]: Eine sehr allgemeine Darstellung von [[William Rowan Hamilton]], die in der Himmelsmechanik Vorteile hat und sich im Theoriengebäude der Physik für den Anschluss der [[Quantenmechanik]] eignet.
* [[Technische Mechanik]]. Meist eingeteilt in:
** [[Statik (Mechanik)|Statik]]: Ruhende starre Körper
** [[Festigkeitslehre]]: Verformbare feste Körper
** [[Dynamik (Physik)|Dynamik]]: Bewegte Körper

Eine Einteilung nach der Art der [[Idealisierung (Physik)|Idealisierung]] führt auf:
* [[Punktmechanik]]: Sie wurde von Isaac Newton begründet und benutzt die höchstmögliche Idealisierung von realen Körpern als [[Massenpunkt]].
* [[Mechanik starrer Körper]] oder Stereomechanik<ref name="hamel"/>: unverformbare Körper und Systeme von [[Massenpunkt]]en mit sechs [[Freiheitsgrad]]en mit dem Teilgebiet [[Kreiseltheorie]], die sich auf die Drehbewegungen mit drei Freiheitsgraden konzentriert.
* [[Kontinuumsmechanik]]: kontinuierlich ausgedehnte, verformbare Körper, mit der Unterteilung:
** Mechanik elastischer Körper: Die [[Elastizitätstheorie]] behandelt elastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte zurückbilden wie bei einer Feder. Ein wichtiges Teilgebiet ist die [[Elastostatik]] für unbewegte Körper.
** Mechanik plastischer Körper: Die [[Plastizitätstheorie]] behandelt plastische Verformungen, also Verformungen, die sich nach Rücknahme der verursachenden Kräfte nicht zurückbilden wie bei warmer Butter oder beim Schmieden.
** [[Strömungsmechanik]] und [[Gasdynamik]] (Fluidmechanik): [[Flüssigkeit]]en, [[Gas]]e und [[Plasma (Physik)|Plasmen]]
* [[Statistische Mechanik]] (auch Statistische Thermodynamik): statistische Wechselwirkung vieler Massenpunkte, mit Bezügen insbesondere zur [[Thermodynamik]]. Die statistische Mechanik ist ein Teilgebiet der [[Statistische Physik|Statistischen Physik]].

== Studium ==
Die Mechanik wird einerseits als Teil des [[Physikstudium]]s, andererseits als Teil einer Ingenieursausbildung gelehrt, beispielsweise im [[Studium Maschinenbau|Studium des Maschinenbaus]] oder des [[Bauingenieurwesen#Studium|Bauingenieurwesens]]. Daneben gibt es noch vereinzelt spezielle Studiengänge der Mechanik, zum Teil unter der Bezeichnung '''Angewandte Mechanik'''<!--Weiterleitung hierher fett gemäß [[WP:WL]]-->:

* [[Master|Master of Science]] (MSc) Mechanik an der [[Ecole Polytechnique]], Frankreich
* MSc Mechanik an der [[Universite Paris-Saclay]], Frankreich
* MSc Angewandte Mechanik an der [[TU Chalmers]], Schweden
* Studienbereich Mechanik mit [[Bachelor|Bachelor of Science]] (BSc) Angewandte Mechanik und MSc Mechanik an der [[TU Darmstadt]]
* MSc Computational Mechanics an der [[Universität Duisburg-Essen]]
* MSc Computational Mechanics an der [[TU München]]
* BSc und MSc Maschinenbau mit Vertiefung Angewandte Mechanik an der [[Ruhr-Universität Bochum]]

== Verbindungen zu angrenzenden wissenschaftlichen Disziplinen ==
Verbindungen zu anderen wissenschaftlichen Disziplinen ergeben sich zwischen der klassischen Mechanik und einigen naturwissenschaftlichen Disziplinen, sowie zwischen der Technischen Mechanik und ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen.

=== Verbindungen in den Naturwissenschaften ===
In der [[Biologie]] ist die [[Biomechanik]] eine spezielle Anwendung der Mechanik und in der [[Chemie]] die [[Reaktionskinetik]], die sich mit kinetischen Energien von Reaktionspartnern und chemischen Reaktionen befasst.

Im Theoriengebäude der Physik ergeben sich vielfältige Verbindungen: Die [[Hamilton-Mechanik]] ist eine sehr allgemeine Formulierung der Klassischen Mechanik die als Spezialfälle sowohl die newtonsche Mechanik als auch die [[Quantenmechanik]] enthält. Systeme die aus sehr vielen Körpern bestehen, können theoretisch beschrieben werden durch die Bewegungen der einzelnen Körper. Praktisch ist die Lösung der zahlreichen Gleichungen die dazu benötigt werden ab einer gewissen Anzahl an Körpern nicht mehr möglich; die [[Statistische Mechanik]] befasst sich dann mit Aussagen zu solchen [[Vielteilchensystem]]en. Ab einer Größenordnung von etwa 10<sup>23</sup> Teilchen, stimmen die Voraussagen der statistischen Mechanik sehr gut mit jenen der [[Thermodynamik]] überein. Die [[Relativitätstheorie]] enthält für kleine Geschwindigkeiten die klassische Mechanik als Spezialfall.

=== Verbindungen in den Ingenieurwissenschaften ===
Die Technische Mechanik stellt grundsätzlich allgemeine Berechnungsverfahren zur Verfügung, ohne dabei auf spezielle Konstruktionswerkstoffe einzugehen (nur Kenngrößen wie Festigkeit und Elastizität werden berücksichtigt, aber nicht, ob es sich um Holz oder Stahl handelt) und behandelt auch nicht spezielle Bauteile.

Erkenntnisse der eigenständigen, ingenieurwissenschaftlichen Disziplin der [[Werkstofftechnik]] werden in der [[Festigkeitslehre]] integriert, die ein Gebiet der Technischen Mechanik ist.

Im Maschinenbau weist das Fachgebiet der [[Maschinenelement]]e (Schrauben, Zahnräder etc.) eine große Nähe zur Mechanik auf. Für die jeweiligen Maschinenelemente gibt es spezielle Gleichungen zur Berechnung der nötigen Maße. Die [[Fahrdynamik]] ist sowohl Teil der Dynamik als auch der [[Fahrzeugtechnik]]. Die [[Mechatronik]] stellt ein interdisziplinäres Gebiet dar, das aus Anteilen von Mechanik/Maschinenbau und Elektrotechnik besteht. Spezialgebiete der Technischen Mechanik im Maschinenbau sind die [[Maschinendynamik]] und die [[Rotordynamik]]. Bei [[Gasturbine]]n weist die [[Strömungsmechanik]] (Aerodynamik) eine so enge Verbindung zur Thermodynamik auf, dass teilweise von einer Aero-Thermodynamik<ref>Hans Rick: ''Gasturbinen und Flugantriebe.'' Springer, 2013, S. 35.</ref> die Rede ist.

Im Bauingenieurwesen weist eine besondere Nähe zur [[Baustatik]] der [[Konstruktiver Ingenieurbau|Konstruktive Ingenieurbau]] auf.<ref>Dinkler: ''Grundlagen der Baustatik.'' 4. Auflage. Springer, 2016, S. 3.</ref><ref>[[Peter Marti (Bauingenieur)|Peter Marti]]: ''Baustatik.'' [[Ernst & Sohn]], 2012, S. 4.</ref> Dieser berücksichtigt die Besonderheiten spezieller Baustoffe und gliedert sich unter anderem in [[Holzbau]] und [[Stahlbau]] sowie Beton- und [[Stahlbeton]]bau, während die Baustatik Berechnungsverfahren schafft und bereitstellt, die von der Bauweise unabhängig sind<ref>Peter Marti: ''Baustatik.'' Ernst & Sohn, 2012, S. 1.</ref> und deshalb eine technikwissenschaftliche Grundlagendisziplin ist<ref>[[Karl-Eugen Kurrer]]: ''Geschichte der Baustatik. Auf der Suche nach dem Gleichgewicht''. Ernst & Sohn, 2016, S. 15</ref>. Weitere Gebiete sind die [[Bodenmechanik]], die [[Felsmechanik]] und die [[Baugrunddynamik]].

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Mechanik flüssiger und gasförmiger Körper}}
{{Wikibooks|Mechanik realer Körper}}
{{Wikibooks|Mechanik starrer Körper}}
{{Wikisource}}
{{Wiktionary}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Klassische Mechanik| ]]
[[Kategorie:Biomechanik]]