تحقیق مقاله بحث دینامیک در رشته مکانیک

نیوتن بنیان گذار علم دینامیک

نوشته‌های "نیوتن" به صورت کتاب منتشر می‌شود .

نامه‌ها و نوشته‌های "ایزاک نیوتن" دانشمند و فیزیکدان بزرگ جهان در یک کتاب منتشر می‌شود. نامه‌ها و دست نوشته‌های ایزاک نیوتن که از زمان مرگ وی تاکنون حفظ شده است، به صورت کتاب منتشر می‌شود. قرار است، اصل این دست نوشته‌ها که در کتابخانه ملی فلسطین اشغالی نگهداری می‌شود، در قالب کتاب در اختیار همگان قرار گیرد.

استفاده از این دست نوشته‌ها و مستندات که در یک حراجی لندن در سال ‪ ۱۹۳۶خریداری شد، تنها برای نویسندگان و اندیشمندان مجاز است.

برخی از این نوشته‌ها گویای ایمان و باورهای مذهبی نیوتن و بهره‌مندی وی از کتاب انجیل در مکاشفات علمی این دانشمند است.

سه قانون مهم در علم فیزیک که توسط این فیزیکدان برجسته کشف شد، زیربنای تحولات بنیادینی در علم دینامیک و فیزیک شد.

نیوتن در روز کریسمس سال ‪۱۶۴۲میلادی در محله لینکلن وولزتروپ انگلستان به دنیا آمد.

این اندیشمند انگلیسی که خدمات شایانی به دنیای علم کرد، سرانجام در سن ‪ ۸۴سالگی و به علت ابتلا به بیماری آنژین صدری و تصلب شرائن کورنر قلب در ‪ ۲۰مارس سال ‪ ۱۷۲۷درگذشت.

فیزیک چیست ؟

فیزیک یکی از شاخه های مهم " شاید مهم ترین " علومم طبیعی بوده و بررسی تمام پدیده های طبیعی را به نحوی زیر پوشش خود قرار می دهد . علم فیزیک در مطالعه عناصر تشکیل دهنده ماده یا جسم مادی و عمل متقابل این عناصر غیر قابل انکار و بررسی چنین برهم کنشها ، خواص جسم مادی را در پیش روی ما قرار داده و دسترسی به مجهولات پدیده های طبیعی را آسان می کند . فیزیک علاوه بر بررسی ساختار جسم مادی و عوامل تشکیل دهنده آن ، ارتباط نزدیک با سایر علوم طبیعی در رشته و بعنوان یک پدیده بنیادی در تمامی پژوهشهای علمی کاربرد وسیعی را به خود اختصاص می دهد . بررسی اوضاع و احوال علومی نظیر انرژی ، نور ، مکانیک " جامدات و سیالات " شیمی ، نجوم ، زمین شناسی بدون استفاده از فیزیک امکان ندارد

شاخه های سنتی فیزیک :

تا پایان قرن نوزدهم و شروع قرن بیستم ، حیطه عملیات علم فیزیک را در علومی نظیر ، مکانیک ، ترمودینامیک ، الکتریسیته ، مغناطیس ، صدا و نور خلاصه می دانستند . مثلا ،مکانیک را علم الحرکات و نور را برای دستیابی به علم اپتیک و صدا و شنوائی را برای دسترسی به علم اکوستییک و الکترومغناطیس را بعنوان رابط با تمامی شاخه های ذکر شده بکار می گرفتند . علم مکانیک بعنوان شاخص ترینن رشته های علم فیزیک بکار گرفته شد و بسرعت توسعه یافت و بهه دو بخش استاتیک ودینامیک تقسیم گردید. قوانین بیشماری در ارتباط با استاتیک و دینامیک مطرح شد که اغلب آنها امروز نیز در فعالیتهای علمی صنعتی ورزشی مورد استفاده قرار می گیرند " در مقالات آتی به این قوانین و کاربرد آنها در ورزش اشاره خواهد شد ". در شروع قرن بیستم دیدگاه ها نسبت به علم فیزیک ستخوش دگرگونی گردید و شاخه جدیدی بنام فیزیک نوین خصوصا بررسی انرژی هسته ای بدان اضافه شد . این تغییرات بیشتر تحت تاثیر اندیشه های نوین ، ستاره تابناک و جاویدان عالم فیزیک یعنی " آلبرت انیشتین " قرار داشت.انیشتین دیده فیزیک دانان ، عالمان و دانشمندان را نسبت به فضا ، زمان و سرعت و حرکت بکلی دگرگون ساخت و مسائل پیچیده نیروی جاذبه ومعماهای کهکشانها را حل نمود . کارهای علمی انیشتین و معادلات و برداشت او از نیروی جاذبه " که بنحو چشم گیری با تعریف نیروی جاذبه نیوتن اختلاف دارد " زمان فعلی را پوشش میدهد و قوانین ارائه شده او برآینده جهان تاثیر خواهد گذاشت . ثقل انیشتینی یا " نسببیت عام " همانطوری که بر اجرام سماوی و اقمار و ستارگان و سفینه ها اثر میگذارد ، مطمئنا رشته های مختلف ورزش را متحول و متاثر خواهد کرد . چرا که سرعت در بیدار کردن انرژی نهفته اجسام رل اساسی بازی می کند و این مهم در فرمول E= mc انیشتین بیان شده . می دانیم سرعت و شتاب در کسب رکوردهای بالا رل اساسی را بازی می کند و کسب انرژی بالا توسط ورزشکار " یعنی فرمول انیشتین " قادر به خلق رکوردهای غیر قابل باور در سالهای 2500 یا 3000 میلادی خواهد بود . البته آنچه در رابطه باانرژی نهفته و سرعت گفته شد ، می تواند بعنوان خیال پردازی تلقی شده ، ولی آینده رکوردهای حیرت انگیز در رشته های گوناگون ورزشی بستگی به سرعت و جذب انرژی دراین راستا دارد . بهر صورت با بکارگیری و استفاده از ثقل انیشتینی و حذف ثقل نیوتنی " به هر حال در مقابل ثقل انیشتینی قابل هضم نیست " کار رکوردها و ورزش نیز بهمین جا ختم نمی شود . به هر صورت فیزیک نوین ایجاب می کند در هر زمان ، اصول و مبانی و تفکرات قبلی دانشمندان علوم ریاضی فیزیک مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات جدید بکار رود . پیچیدگی و گستردگی علوم باعث شده شاخه های مختلف علمی و مهندسی  پدید آید.گرایش حرارت و سیالات همانطور که از نام آن پیداست از دو بخش اصلی تشکیل می شود.

گرایش حرارت و سیالات

سیالات: که درس مکانیک سیالات درس پایه این بحث می باشد

حرارت : که دروس ترمو دینامیک و انتقال حرارت از دروس پایه این بحث می باشند

سه درس مهم و ریاضییات ستونهای اصلی این گرایش را تشکیل می دهند.

حال به تعریف این سه درس می پردازیم  

ترمو دینامیک : یکی از دروس جذاب و شیرین دنیای مهندسی است و می توان آن را دانش انرژی و انتروپی  نامید. به زبان عامه ترمودینامیک علمی است که با گرما و کار و آن دسته از خواص مواد که با گرما و کار بستگی دارند  سرو کاردارد ترمو دینامیک در طراحی اجزای بخصوصی مانند : توربین بخار  پیل سوختنی انواع یخچالها موتور موشک  موتورهای احتراق داخلی و... می باشد

 انتقال حرارت : ترمو دینامیک در مورد حالات نهایی یک  فرایند بحث می کند اما در مورد ماهیت  اندر کنش و نرخ زمانی آن هیچ توضیحی نمی دهد اما در درس انتقال حرارت  به گسترش تجزیه تحلیلهای ترمو دینامیکی  از طریق مطالعه شیوه های  انتقال حرارت و بدست آوردن روابطی برای محاسبه نرخ گرما می پردازیم . مباحث ترمو دینامیک و انتقال حرارت مکمل یک دیگرند. پدیده انتقال حرارت در مسائل صنعتی روز کاربرد فراوانی دارد به عنوان مثال انتقال گرما در رابطه با تبدیل انرژی خورشیدی برای گرمایش و تهویه مطبوع و تولید توان الکتریکی اعم از شکافت هسته ای و گداخت هسته ای و ...

 مکانیک سیالات : بررسی و شناخت قوانین حاکم بر سیال است و برای هر کس که بخواهد با سیال برخورد عملی نماید ضروری می باشد . علم مکانیک سیالات عبارتند از درک عمیق خواص سیالات و  کاربرد قوانین اساسی دینامیک و ترمو دینامیک . دروس  تهویه و تبرید , توربو ماشین , نیروگاه حرارتی , مکانیک گاز , موتورهای احتراق داخلی و ... همه با این سه درس مذکوردر ارتباط مستقیم هستند 

 آنچه از دست فارغ التحصیلان این رشته بر می آید  :

1. طراحی و محاسبه و ساخت کلیه وسایل نقلیه زمینی , هوایی , دریایی و ماشین آلات کشاورزی , راه سازی , نظامی و...

2. طراحی و محاسبه و اجرای شبکه های تاسیساتی مربوط به آنها

3. طراحی و محاسبه و اجرای خطوط انتقال آب , گاز ,  نفت و تاسیسات مربوط به آنها

4. طراحی و محاسبه و ساخت  و اجرای مراکزتولید نیرو شامل نیروگاههای گازی , آبی , بخاری و ترکیبی

5. طراحی و محاسبه و ساخت وسایل تبرید خانگی و صنعتی , تاسیسات حرارتی و برودتی و سرد خانه ها

6. طراحی و محاسبه و اجرا و نظارت بر  کار های   تاسیساتی  ساختمانهای مختلف مسکونی  , اداری و صنعتی و مراکزورزشی و ...

7. طراحی و محاسبه و ساخت کلیه وسایل احتراقی مانند : مشعل , کوره , محفظه های احتراقی , دیگها بخار و... 

مکانیک و زیرشاخه های آن

 مکا نیک : به علمی که راجع به حرکت اجسام بحث میکند مکانیک گویند . این علم به دو شاخه زیر تقسیم می شود:

 1. حرکت شناسی (سینماتیک) : راجع به علم حرکت اجسام بدون در نظر گرفتن علت است.

 2. دینامیک(قوانین نیوتن و ....) : راجع به علم حرکت اجسام با در نظر گرفتن علت است.

مبانی حرکت

حرکت و سکون یک امر نسبی هستند . یعنی نسبت به دستگاه خاصی سنجیده می شوند.

مثال :

دوشخصی که روی یک نیمکت نششسته اند نسبت به هم ثابت هستند .( از دیدهمدیگر ) ولی از دید شخصی که در کره مریخ قرار دارد این دوشخص دارا ی حرکت می با شند. شکل زیر :

اجسام را می توان نسبت به ابعاد و فواصلشان ذره فرض نمود.

مثال :

زمین یا خورشید را میتوان نسبت به فا صله بین آنها ذره فرض نمود.( فاصله بین زمین و خورشید برابر است با : 1011*1.5 متر).

بردار جابجایی :

برداری است که مکان اولیه را به مکان نهایی متصل می کند.

 بردار مکان :

برداری است که مبدا مختصات را به مکان نهایی متحرک وصل می کند.

 نظریات کانت در مورد دینامیک

 یکى از سه پرسش اصلى که کانت در پى پاسخ به آنها است، این پرسش است که «چه چیزى را مى توانیم بشناسیم؟» علوم طبیعى به عنوان بخشى از دانش به طور خاص مورد توجه کانت بوده است. کانت به این پرسش مى پردازد که چگونه است که درباره فیزیک نیوتن به توافق مى رسیم، اما درباره مسائل مابعدالطبیعه خیر. از سوى دیگر با توجه به تشکیکات هیوم، علوم طبیعى فقط به نوعى تداعى نفسانى تبدیل مى شوند و اهمیت شناختى خود را از دست مى دهند. در مقابل کانت سعى دارد نشان دهد که قوانین تجربى بویژه قوانین نیوتن شناخت عینى براى ما فراهم مى آورند. از این رو کانت در دوره نقادى بخش بزرگى از نوشته هاى خویش را به علوم طبیعى اختصاص داد. هدف اصلى او نشان دادن این نکته است که چگونه مى توانیم در علوم طبیعى به شناخت عینى دست یابیم. مقدمات اصلى براى دستیابى به این هدف در کتاب نقد عقل محض (۱۷۸۱) فراهم مى آید. سپس کانت در کتاب مبانى مابعدالطبیعى علوم طبیعى (۱۷۸۶) به طور خاص به علوم طبیعى مى پردازد و اصول ماتقدم آن را توضیح مى دهد. علاوه بر این در کتاب نقد قوه حاکمه (۱۹۷۰) کانت به بحث غایت مندى طبیعت و اصول تنظیم کننده اى مى پردازد که اگرچه به عقیده کانت عینى نیستند، اما براى دستیابى به یک نظام علمى جامع مورد نیاز هستند.
 

کانت مقالاتى درباره مبانى علوم طبیعى در دوره پیش از نقادى و پس از نقادى نیز نوشته است. اما در این نوشته فقط دیدگاه هاى وى در دوره نقادى مورد بررسى قرار مى گیرد. در بخش اول مقاله حاضر، کتاب مبانى مابعدالطبیعى علوم طبیعى و در بخش دوم مباحث مربوط به علوم طبیعى در کتاب نقادى قوه حاکمه مورد توجه قرار مى گیرد. کانت در این دو کتاب از اصول و احکامى که در کتاب نقل عقل محض به دست آورده است، بهره مى گیرد. این اصول در این نوشته به طور جداگانه شرح داده نشده است و به هریک در هنگام استفاده، اشاره کوتاهى مى شود.

بخش اول: کتاب مبانى مابعدالطبیعى علوم طبیعى

کتاب مبانى مابعدالطبیعى علوم طبیعى داراى مقدمه و چهار بخش است که به ترتیب به فرونومى، دینامیک، مکانیک و پدیدارشناسى مى پردازد.
مقدمه کتاب

در مقدمه کتاب، کانت ابتدا مفهوم علم طبیعى را بررسى مى کند. به عقیده کانت علم طبیعى باید داراى سه ویژگى باشد: نظام مند باشد، با اصول عقلانى مطابق باشد و به صورت ماتقدم قابل بیان باشد. وى از ویژگى سوم نتیجه مى گیرد که علم طبیعى باید داراى بخشى محض باشد که ماتقدم بودن آن را تضمین کند. این بخش محض ارتباط علم را با مابعدالطبیعه برقرار مى کند و به تعبیر کانت بخش استعلایى علم است. در این بخش قوانینى که مفهوم کلى طبیعت را ممکن مى سازند، بررسى مى شود، بودن آن که شىء تجربى خاصى یا بخش خاصى از طبیعت مورد نظر باشد.
براى آن که احکام بخش استعلایى علوم طبیعى داراى ضرورت باشند، کانت تأکید مى کند که باید از ریاضیات در علوم استفاده شود. از این راه ضرورت احکام ریاضى به احکام علوم تجربى راه مى یابد. با استفاده از همین نکته کانت اشاره مى کند که دانش هاى شیمى  و روانشناسى را نمى توان علم طبیعى دانست. درباره شیمى  مسأله اینست که رویکرد قانونمندى وجود ندارد که بتوان از طریق آن رفتار ماده را صرفاً برحسب حرکت ذرات ماده در فضا و تبعات آن به صورتى ماتقدم بیان نمود. دانش شیمى  فقط بر تجربه مبتنى است و در نتیجه مى توان آن را فقط یک «فن نظام مند» دانست نه یک علم طبیعى. درباره روانشناسى کانت به این نکته اشاره مى کند که ریاضیات درباره داده هاى درونى قابل اعمال نیست، چون این داده ها از قانون پیوستگى تبعیت نمى کنند. طبق تحلیل کانت از زمان در کتاب نقد عقل محض، زمان فقط در یک جهت و در یک بعد امتداد دارد. داده هاى درونى از آن جا که زمان مندند، برخلاف داده هاى بیرونى که هم زمان مند و هم مکان مند هستند، امکان کافى براى به کارگیرى ریاضى را فراهم نمى کنند. علاوه بر این روانشناسى تجربى نمى تواند داده هاى درونى را جداسازى و سپس دوباره ترکیب کند تا بتوان احکام ریاضى را درباره آنها به کار برد..