Mecánica clásica

La mecánica clásica proporciona resultados extremadamente precisos cuando se estudian objetos grandes que no son extremadamente masivos y velocidades que no se acercan a la velocidad de la luz.Existen varias formulaciones diferentes, en mecánica clásica, para describir un mismo fenómeno natural que, independientemente de los aspectos formales y metodológicos que utilizan, llegan a la misma conclusión.Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz, quien propone que para solucionar problemas en mecánica, magnitudes escalares (menos oscuras, según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), como energía cinética y el trabajo, son suficientes y menos oscuras que las cantidades vectoriales, como la fuerza y el momento, propuestos por Newton.Estos se convirtieron más tarde en factores decisivos en la formación de la ciencia moderna, y su aplicación temprana llegó a conocerse como mecánica clásica.Esta ruptura con la pensamiento antiguo se produjo en la misma época en que Galileo proponía leyes matemáticas abstractas para el movimiento de los objetos.Para la aceptabilidad, su libro, los Principia, fue formulado enteramente en términos de métodos geométricos establecidos desde hace mucho tiempo, que pronto fueron eclipsados por su cálculo.Sin embargo, fue Leibniz quien desarrolló la notación de la derivada y la integral preferida en la actualidad.Las formulaciones matemáticas permitieron progresivamente encontrar soluciones a un número mucho mayor de problemas.Se descubrieron algunas dificultades a finales del siglo XIX que solo podrían resolverse con una física más moderna.Cuando los experimentos alcanzaron el nivel atómico, la mecánica clásica no logró explicar, ni siquiera aproximadamente, cosas tan básicas como los niveles y tamaños de energía de los átomos y el efecto fotoeléctrico.El esfuerzo por resolver estos problemas condujo al desarrollo de la mecánica cuántica.Desde finales del siglo XX, la mecánica clásica en física ya no ha sido una teoría independiente.[4]​ La mecánica clásica es una teoría útil para el estudio del movimiento de partículas que se mueven a velocidades lejanas a la de la luz en campos gravitacionales débiles.[6]​ Los conceptos relacionados con las leyes del movimiento de Newton también fueron enunciados por varios otros físicos musulmanes durante la Edad Media.[9]​[10]​ La proporcionalidad entre la fuerza y la aceleración, un principio importante en la mecánica clásica, fue enunciada por primera vez por Abu'l-Barakat,[11]​ y Ibn Bajjah también desarrolló el concepto de una fuerza de reacción.Esta ruptura con la pensamiento antiguo se produjo en la misma época en que Galileo proponía leyes matemáticas abstractas para el movimiento de los objetos.En la tabla que sigue solamente en la primera aparición de un autor se recoge el nombre completo y las fechas de nacimiento y fallecimiento; en las siguientes, solamente el enlace con el apellido.La mecánica clásica se dividió tradicionalmente en tres ramas principales: Otra división se basa en la elección del formalismo matemático: Alternativamente, se puede hacer una división por región de aplicación: La mecánica clásica fue concebida como un sistema que permitiera explicar adecuadamente el movimiento de los cuerpos relacionándolo con las causas que los originan, es decir, las fuerzas.La mecánica clásica busca hacer una descripción tanto cualitativa (¿qué y cómo ocurre?En este sentido, la ciencia mecánica podría ser construida desde dos aproximaciones alternativas: Es aquella fundamentada en la experimentación, esto es, en la observación controlada de un aspecto previamente elegido del medio físico.Un ejemplo puede ayudar a entender este punto: si dejamos caer una pelota de golf desde cierta altura y partiendo del reposo, podemos medir experimentalmente la velocidad que adquiere la pelota para diferentes instantes.Así, esta es la aproximación empírica o experimental al fenómeno mecánico estudiado, es decir, la caída libre de un cuerpo.En este caso se parte de una premisa básica (experimentalmente verificable) y, con la ayuda de las herramientas aportadas por cálculo infinitesimal, se deducen ecuaciones y relaciones entre las variables implicadas.Si volvemos al ejemplo anterior: es un hecho de naturaleza experimental, que cuando se deja caer un cuerpo, la aceleración con la que desciende (si se ignora la fricción del aire) es constante e igual a g = 9,81 m/s².Por tanto, si se integra esta ecuación diferencial, sabiendo que en el inicio del movimiento (t = 0) la velocidad es nula (v = 0 ), se llega de nuevo a la expresión:Así, esta es la aproximación analítica o teórica al tema en discusión.Aunque la mecánica clásica y en particular la mecánica newtoniana es adecuada para describir la experiencia diaria (con eventos que suceden a velocidades muchísimo menores que la velocidad de la luz y a escala macroscópica), debido a la aceptación de estos tres supuestos tan restrictivos como (1), (2) y (3), no puede describir adecuadamente fenómenos electromagnéticos con partículas en rápido movimiento, ni fenómenos físicos microscópicos que suceden a escala atómica.Aunque las formulaciones lagrangiana y hamiltoniana son esencialmente equivalentes, siendo más conveniente un enfoque u otro según el objeto del análisis.En cambio en mecánica hamiltoniana el movimiento se describe mediante 2N ecuaciones diferenciales de primer orden sobre una variedad simpléctica formada a partir del fibrado tangente mencionado.Las ecuaciones de Newton, Lagrange o Hamilton necesitan un cambio fundamental para tratar objetos microscópicos y esto se puede conseguir usando la mecánica cuántica en sus distintas formulaciones.