У физици, механика је проучавање објеката, њихове интеракције и кретања; класична механика је механика ограничена на нерелативистичке и неквантне апроксимације. Већина техника класичне механике развијена је пре 1900. године, тако да се термин класична механика односи на ту историјску еру као и на саме апроксимације. Друге области физике које су развијене у истој ери, које користе исте апроксимације и које се такође сматрају „класичним” укључују термодинамику (види историју термодинамике) и електромагнетизам (види историју електромагнетизма).
Кључни историјски догађај у класичној механици било је објављивање закона кретања од стране Исака Њутна и његов повезани развој математичких техника калкулуса 1687. године. Аналитички алати механике расли су кроз наредна два века, укључујући развој Хамилтонове механике и принципа дејства, концепата критичних за развој квантне механике и теорије релативности.
Теорија хаоса је подобласт класичне механике која је развијена у свом модерном облику у 20. веку.
Претече Њутнове механике
Антика
мини|upright=1.5|Аристотелови закони кретања. У Физици он наводи да објекти падају брзином пропорционалном њиховој тежини и обрнуто пропорционалном густини флуида у који су уроњени. Ово је тачна апроксимација за објекте у Земљином гравитационом пољу који се крећу у ваздуху или води.
Древни грчки филозофи, посебно Аристотел, били су међу првима који су предложили да апстрактни принципи управљају природом. Аристотел је тврдио, у делу О небу, да се земаљска тела дижу или падају на своје „природно место” и навео као закон тачну апроксимацију да је брзина пада објекта пропорционална његовој тежини и обрнуто пропорционална густини флуида кроз који пада. Аристотел је веровао у логику и посматрање, али ће проћи више од хиљаду осамсто година пре него што ће Франсис Бејкон први развити научни метод експериментисања, који је назвао мучењем природе.
Аристотел је видео разлику између „природног кретања” и „принудног кретања”, и веровао је да ће 'у празнини' тј. вакууму, тело у мировању остати у мировањуAristotle: On the Heavens (de Caelo) book 13, section 295a а тело у покрету ће наставити да има исто кретање.Aristotle:Physics Book 4 On motion in a void На овај начин, Аристотел је био први који се приближио нечему сличном закону инерције. Међутим, он је веровао да би вакуум био немогућ јер би околни ваздух одмах ушао да га попуни. Такође је веровао да би објекат престао да се креће у неприродном смеру када би се уклониле примењене силе. Каснији аристотелијанци развили су разрађено објашњење зашто стрела наставља да лети кроз ваздух након што напусти лук, предлажући да стрела ствара вакуум у свом трагу, у који ваздух јури, гурајући је отпозади. Аристотелова веровања била су под утицајем Платонових учења о савршенству кружних једноликих кретања небеса. Као резултат тога, замислио је природан поредак у којем су кретања небеса нужно савршена, за разлику од земаљског света променљивих елемената, где појединци настају и нестају.
Постоји још једна традиција која сеже до старих Грка где се математика користила за анализу тела у мировању или у покрету, што се може наћи још у раду неких питагорејаца. Други примери ове традиције укључују Еуклида (О равнотежи), Архимеда (О равнотежи равни, О плутајућим телима) и Херона из Александрије (Механика). Касније су исламски и византијски учењаци надограђивали ова дела, и она су на крају поново уведена или постала доступна Западу у 12. веку и поново током ренесансе.
Средњовековна мисао Персијски исламски полимат Ибн Сина објавио је своју теорију кретања у Књига исцељења (1020). Рекао је да бацач даје импетус пројектилу, и сматрао га је трајним, захтевајући спољне силе попут отпора ваздуха да би се распршио. Ибн Сина је направио разлику између 'силе' и 'склоности' (назване „мајл”), и тврдио да је објекат добијао мајл када је био у супротности са својим природним кретањем. Тако је закључио да се наставак кретања приписује склоности која се преноси на објекат, и да ће објекат бити у покрету све док се мајл не потроши. Такође је тврдио да се пројектил у вакууму не би зауставио осим ако се на њега не делује. Ова концепција кретања у складу је са Њутновим првим законом кретања, инерцијом. Који наводи да ће објекат у покрету остати у покрету осим ако на њега не делује спољна сила.. Physics Education. .
У 12. веку, Хибат Алах Абул-Баракат ал-Багдади је усвојио и модификовао Авиценину теорију о кретању пројектила. У свом делу Китаб ал-Мутабар, Абул-Баракат је навео да покретач саопштава насилну склоност (мајл касри) покренутом и да се она смањује како се објекат у покрету удаљава од покретача. Према Шлому Пинесу, ал-Багдадијева теорија кретања била је „најстарија негација Аристотеловог фундаменталног динамичког закона [наиме, да константна сила производи равномерно кретање], [и стога је] антиципација на неодређен начин основног закона класичне механике [наиме, да континуирано примењена сила производи убрзање].”
У 14. веку, француски свештеник Жан Буридан развио је теорију импетуса, уз могући утицај Ибн Сине.. Annals of the New York Academy of Sciences . . Алберт, бискуп од Халберштата, даље је развио теорију.
Никол Орезм, један од Оксфордских калкулатора на Мертон колеџу у Оксфорду, пружио је теорему о средњој брзини користећи геометријске аргументе.
Галилео и Хајгенс мини|десно|250п|Табела механике, из Циклопедије из 1728. године
Развој телескопа и посматрања Галилеа Галилеја додатно су довели у питање идеју да су небеса направљена од савршене, непроменљиве супстанце. Усвајајући Коперникову хелиоцентричну хипотезу, Галилео је веровао да је Земља иста као и друге планете. Иако је стварност познатог експеримента са Кривим торњем у Пизи спорна, он је спровео квантитативне експерименте котрљајући кугле по стрмој равни; његова исправна теорија убрзаног кретања очигледно је изведена из резултата експеримената. Галилео је такође открио да тело које пада вертикално удара о тло у исто време када и тело пројектовано хоризонтално, тако да ће на Земљи која се равномерно ротира објекти и даље падати на тло под утицајем гравитације. Што је још значајније, тврдио је да се равномерно кретање не може разликовати од мировања, и тако чини основу теорије релативности. Осим у погледу прихватања коперниканске астрономије, Галилеов директан утицај на науку у 17. веку ван Италије вероватно није био веома велик. Иако је његов утицај на образоване лаике како у Италији тако и у иностранству био значајан, међу универзитетским професорима, осим неколицине који су били његови ученици, био је занемарљив."Galilei, Galileo." Complete Dictionary of Scientific Biography. Retrieved April 06, 2021 from Encyclopedia.com: https://www.encyclopedia.com/science/dictionaries-thesauruses-pictures-and-press-releases/galilei-galileo
Кристијан Хајгенс је био најистакнутији математичар и физичар у западној Европи. Формулисао је закон одржања за еластичне сударе, произвео прве теореме центрипеталне силе и развио динамичку теорију осцилаторних система. Такође је унапредио телескоп, открио Сатурнов месец Титан и изумео сат са клатном.
Њутнова механика Исак Њутн је био први који је објединио три закона кретања (закон инерције, његов други закон поменут горе, и закон акције и реакције), и доказао да ови закони управљају како земаљским тако и небеским објектима 1687. године у својој расправи Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. Њутн и већина његових савременика надали су се да ће класична механика моћи да објасни све ентитете, укључујући (у облику геометријске оптике) светлост.
Њутнов рад је био више од пуке синтезе претходних резултата; уместо тога, Њутн је пажљиво бирао и фундаментално трансформисао концепте, принципе, законе и хипотезе својих претходника. Овај креативни процес резултирао је новим обликом за сваку идеју. Приступио је природној филозофији помоћу математике на потпуно нов начин, тако што је уместо унапред замишљене природне филозофије, његов стил био да почне са математичким конструктом, и гради одатле, упоређујући га са стварним светом да би показао да га његов систем тачно објашњава.
Њутн је такође развио калкулус који је неопходан за извођење математичких прорачуна укључених у класичну механику. Међутим, био је то Готфрид Лајбниц који је, независно од Њутна, развио калкулус са нотацијом извода и интеграла који се користе и данас. Класична механика задржава Њутнову тачкасту нотацију за временске изводе.
Леонард Ојлер је проширио Њутнове законе кретања са честица на крута тела са два додатна закона. Рад са чврстим материјалима под силама доводи до деформација које се могу квантификовати. Ову идеју је артикулисао Ојлер (1727), а 1782. Ђордано Рикати је почео да одређује еластичност неких материјала, након чега је следио Томас Јанг. Симон Дени Поасон је проширио проучавање на трећу димензију са Поасоновим коефицијентом. Габријел Ламе се ослањао на проучавање за обезбеђивање стабилности структура и увео Ламеове параметре.Gabriel Lamé (1852) Leçons sur la théorie mathématique de l'élasticité des corps solides (Bachelier) Ови коефицијенти су успоставили теорију линеарне еластичности и покренули област механике континуума.
мини|Временска линија класичне механике по животном веку кључних научника
Аналитичка механика
Након Њутна, реформулације су прогресивно омогућиле решења за далеко већи број проблема. Прву су конструисали 1788. године Ојлер и Жозеф Луј Лагранж. У Лагранжевој механици решење користи путању најмањег дејства и прати варијациони рачун. Вилијам Роуан Хамилтон је реформулисао Лагранжеву механику 1833. године, што је резултирало Хамилтоновом механиком. Поред решења важних проблема у класичној физици, ове технике чине основу за квантну механику: Лагранжеве методе су еволуирале у формулацију интеграла путање, а Шредингерова једначина се гради на Хамилтоновој механици.
Средином 19. века, Хамилтон је могао да тврди да је класична механика у центру пажње међу научницима: Између 1860. и 1877. Едвард Раут је увео метод за редуковање променљивих који је утицао на теорију стабилности и теорију управљања. Године 1877, представио је Раутијанску механику, хибрид између Лагранжеве и Хамилтонове.
Порекло теорије хаоса Током 1880-их, проучавајући проблем три тела, Анри Поенкаре је открио да могу постојати орбите које су непериодичне, а ипак се не повећавају заувек нити се приближавају фиксној тачки. Године 1898, Жак Адамар је објавио утицајну студију о хаотичном кретању слободне честице која клизи без трења по површини константне негативне кривине, названу Адамаров билијар. Адамар је успео да покаже да су све трајекторије нестабилне, у смислу да све трајекторије честица експоненцијално дивергирају једна од друге, са позитивним Љапуновљевим експонентом.
Ови развоји су у 20. веку довели до развоја теорије хаоса.
Сукоби крајем 19. века Иако је класична механика углавном компатибилна са другим теоријама „класичне физике” као што су класична електродинамика и термодинамика, крајем 19. века откривене су неке потешкоће које је могла да реши само модерна физика. Када се комбинује са класичном термодинамиком, класична механика доводи до Гибсовог парадокса у којем ентропија није добро дефинисана величина. Како су експерименти достигли атомски ниво, класична механика није успела да објасни, чак ни приближно, тако основне ствари као што су енергетски нивои и величине атома. Напор на решавању ових проблема довео је до развоја квантне механике. Дејство на даљину је и даље представљало проблем за електромагнетизам и Њутнов закон гравитације, што је привремено објашњавано коришћењем теорија етра. Слично томе, различито понашање класичног електромагнетизма и класичне механике под трансформацијама брзине довело је до специјалне теорије релативности Алберта Ајнштајна.
Модерна физика Почетком 20. века откривене су квантна механика (1900) и релативистичка механика (1905). Овај развој је указао да је класична механика само апроксимација ове две теорије.