Mekanik klasik

Penerangan Teori

Di dalam penganalisaan mekanik klasik, sesebuah jasad itu dianggap sebagai satu titik zarah yang saiznya boleh diabaikan. Contohnya, dalam penganalisaan gerakan sebuah kereta, kereta ini boleh dianggap sebagai satu titik zarah. Gerakan titik zarah ini dicirikan dengan beberapa parameter, iaitu kedudukannya, jisimya dan daya yang dikenakan ke atasnya.
Di dalam dunia yang sebenar, jasad yang dianalisa mempunyai saiz yang tidak boleh diabaikan. (Gerakan jasad yang terlalu kecil seperti elektron dan foton adalah di bawah disiplin mekanik kuantum). Jasad yang mempunyai saiz yang tidak boleh diabaikan mempunyai ciri-ciri gerakan yang lebih rumit daripada gerakan titik zarah kerana setiap jasad itu mempunyai darjah kebebasannya. Contohnya sebuah bola itu boleh berputar sambil bergerak ke hadapan. Tetapi tanggapan titik zarah masih boleh digunakan dengan menganggap sesebuah jasad itu terdiri daripada beberapa titik zarah, dan daripada titik zarah-titik zarah ini, terdapat satu titik zarah yang terletak di pusat jisim jasad itu.
Mekanik klasik mengganggap bahawa jasad dan tenaga adalah terhad dan bisa ditentukan seperti kedudukan dan kelajuan sebuah jasad di dalam sesuatu ruang. Mekanik klasik juga menganggap jasad itu dipengaruhi oleh persekitarannya. Konsep ini dikenali sebagai konsep ketempatan.

Kedudukan dan Perubahan Kedudukan

Kedudukan titik zarah di dalam sesuatu ruang selalunya diberi simbol “P”, dan ditakrifkan dengan sebuah sistem koordinat yang mempunyai titik asal atau titik rujukan “O”. Sistem koordinat ini menggambarkan kedudukan kedudukan titik zarah dengan anak panah dari titik asal “O” ke kedudukan titik zarah “P”. Titik zarah ini tidak semestinya mempunyai kedudukan yang tetap, dan boleh berubah mengikut waktu.

Rangka Rujukan

Walaupun kedudukan, halaju dan pecutan sesebuah jasad boleh dijelaskan oleh pemerhati yang di dalam apa jua jenis pergerakan, mekanik klasik menganggap bahawa terdapat satu keluarga rangka rujukan yang membolehkan hukum alam mekanik mendapat bentuk yang ringkas. Rangka rujukan ini dikenali sebagai Kerangka Inersia. Kerangka Inersia adalah sebuah rangka rujukan dimana sesuatu jasad itu statik (tidak bergerak) atau didalam halaju seragam didalam arah lurus, jika tiada interaksi daya.
Kerangka Bukan Inersia pula adalah rangka rujukan yang di dalam pecutan mengikut Kerangka Inersia. Di dalam Kerangka Bukan Inersia suatu jasad itu seakan-akan dikerjakan oleh sesuatu daya yang bukan datang dari Kerangka Bukan Inersia.
 
Contohnya, apabila seorang pemerhati itu berdiri di atas penimbang di dalam lif. Pemerhati mengenakan daya iaitu beratnya ke atas penimbang itu. Mengikut Hukum Newton Ketiga, penimbang itu akan mengenakan sebuah daya "N" ke atas pemerhati. Daya yang dikenakan oleh penimbang ke atas pemerhati adalah bacaan penimbang itu. Jika lif itu pegun, maka bacaan penimbang itu adalah berat pemerhati "W", kerana daya dikenakan oleh penimbang ke atas pemerhati adalah berat pemerhati, iaitu: 
 
 
 
Tetapi jika lif itu memecut ke atas, bacaan neraca akan menjadi lebih tinggi daripada berat pemerhati. Ini adalah kerana daya yang dikenakan neraca itu meningkat iaitu: 
 
Newton menyatakan bahawa Hukum Gerakan Newton Kedua perlu dianalisa di dalam kerangka rujukan yang di dalam keadaan statik mengikut permerhatian sesebuah “planet” yang jauh. Tetapi tanggapan ini tidak praktikal kerana setiap rangka rujukan, samada planet atau jasad, memecut dan berputar, atau kedua-duanya sekali. Contohnya bumi adalah jasad yang berputar di atas paksinya dan mengelilingi matahari di atas orbitnya. Maka mengikut teori Newton, bumi tidak boleh dijadikan kerangka rujukan inersia. Tetapi Hukum Gerakan Kedua Newton boleh digunakan dalam kerangka rujukan yang bergerak (memecut atau berputar) dengan mengambil kira dan membandingkan gerakan kerangka rujukan itu dengan gerakan jasad yang dianalisa. Contohnya apabila seseorang itu membaling bola di dalam bilik, bilik itu boleh digunakan sebagai kerangka inersia. Ketika bola itu bergerak, bilik itu juga bergerak mengikut gerakan atau putaran bumi. Dengan itu kerangka rujukan itu juga bergerak. Tetapi kerana waktu gerakan bola itu pendek dan putaran bumi begitu perlahan sekali, maka kiraan pecutan bola itu boleh mengikut Hukum Newton Kedua, dan keputusannya adalah begitu tepat, dan analisa gerakan bola itu tidak perlu mengambil kira gerakan bumi.

Sejarah

Orang-orang Yunani, khususnya Aristotle, merupakan orang-orang pertama yang mencadangkan kewujudan prinsip-prinsip abstrak yang menguasai alam semula jadi. Antara kalangan ini, salah satu ahli sains yang pertama ialah Galileo Galilei yang mungkin melaksanakan uji kaji termasyhur yang berkaitan dengan menggugurkan dua biji bola yang mempunyai jisim yang berbeza dari Menara Pisa yang condong. (Teori dan praktiknya menunjukkan bahawa kedua-dua bola itu sampai ke permukaan tanah pada waktu yang sama). Walaupun kenyataan uji kaji ini telah dipertikaikan, Galilei pernah menjalankan uji-uji kaji kuantitatif yang melibatkan penggolekan bola-bola pada satah condong; teori gerakan pecutannya yang telah didapati tepat ternyata berasal daripada keputusan uji-uji kaji ini.
Isaac Newton merupakan orang pertama yang mencadangkan tiga hukum gerakan (hukum inersia, hukum kedua yang tersebut di atas, dan hukum tindakan dan tindak balas), dan membuktikan bahawa hukum-hukum ini menguasai kedua-dua objek harian dan jasad cakerawala.
Newton dan kebanyakan ahli sains sezamannya, dengan kekecualian Christiaan Huygens yang terkenal, mengharapkan bahawa mekanik klasik akan dapat menerangkan semua entiti, termasuk cahaya (dalam bentuk optik geometri). Ketika Newton menemui cecincin Newton, penjelasan beliau sama sekali mengelakkan prinsip-prinsip gelombang dan lebih merupakan penjelasan untuk reputan kaon-kaon yang neutral, iaitu K⁰ dan palang K⁰. Dengan kata yang lain, beliau menganggap bahawa zarah-zarah cahaya diubahkan atau diuja oleh kaca, dan kemudiannya bergema.
Newton juga mengembangkan kalkulus yang diperlukan untuk melaksanakan pengiraan matematik yang terlibat dalam mekanik klasik. Bagaimanapun, adalah Gottfried Leibniz yang mengembangkan notasi terbitan dan kamilan yang masih digunakan pada hari ini. Selepas masa Newton, bidang mekanik klasik menjadi lebih abstrak dan melibatkan lebih banyak matematik.
Walaupun sebahagian besar mekanik klasik adalah serasi dengan teori-teori "fizik klasik" yang lain, seperti elektrodinamik dan termodinamik klasik, sesetengah kesulitan telah ditemui pada akhir abad ke-19 yang hanya dapat diselesaikan dengan fizik yang lebih moden. Apabila digabungkan dengan termodinamik klasik, mekanik klasik mengakibatkan paradoks Gibbs yang mana entrofi bukannya suatu kuantiti tertakrif rapi. Ketika uji-uji kaji mencapai  peringkat atom, mekanik klasik gagal sama sekali untuk menerangkan perkara-perkara asas seperti aras tenaga dan saiz atom. Usaha-usaha untuk menyelesaikan masalah-masalah ini menyebabkan perkembangan mekanik kuantum. Serupa juga, tindakan elektromagnetisme klasik dan mekanik klasik yang berbeza di bawah transformasi halaju telah menyebabkan perkembangan teori kerelatifan.
Menjelang akhir abad ke-20, tempat mekanik klasik dalam bidang fizik tidak lagi merupakan sebuah teori yang berasingan. Bersama-sama dengan elektromagnetisme klasik, mekanik klasik telah menjadi terbenam dalam mekanik kuantum kerelatifan atau teori medan kuantum.  
Mekanik klasik merupakan had mekanik bukan kerelatifan serta bukan kuantum untuk zarah-zarah yang amat besar.