الإطار الكامل لمعايير الأجهزة الميكانيكية

مجموعة من ثلاثة قوانين فيزيائية تُشكل أساس الميكانيكا الكلاسيكية. ينص القانون الأول (القصور الذاتي) على أن الجسم يبقى ساكنًا أو في حركة منتظمة ما لم تُؤثر عليه قوة خارجية محصلة. يُحدد القانون الثاني القوة بضرب الكتلة في التسارع، (\vec{F} = m\vec{a}\). ينص القانون الثالث على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.

يتناسب إجهاد القص لسائل نيوتن طرديًا مع معدل انفعال القص. تُعرّف هذه العلاقة الخطية بقانون نيوتن للزوجة: \(\tau = \mu \frac{du}{dy}\)، حيث \(\tau\) هو إجهاد القص، و\mu\ هي اللزوجة الديناميكية (ثابت التناسب)، و\(\frac{du}{dy}\) هو معدل القص أو تدرج السرعة.

ينص مبدأ برنولي على أنه في حالة التدفق غير اللزج، تتزامن زيادة سرعة المائع مع انخفاض ضغطه أو انخفاض طاقته الكامنة. وهو عبارة عن قانون حفظ الطاقة لمائع متحرك، ويُعبر عنه عادةً بالمعادلة التالية: \(p + \frac{1}{2}\rho v^2 + \rho gh = \text{constant}\) على طول خط انسيابي.

ميكانيكا الموائع هي فرع من فروع الميكانيكا التطبيقية، تُعنى بدراسة سكون السوائل (السوائل الساكنة) وحركتها (السوائل المتحركة). تُطبّق ميكانيكا الموائع مبادئ أساسية للكتلة والزخم وحفظ الطاقة لتحليل سلوك الموائع والتنبؤ به. وتتنوع تطبيقاتها، من الديناميكا الهوائية والهيدروليكا إلى الأرصاد الجوية وعلم المحيطات.

في ميكانيكا الاستمرارية، ينص مبدأ حفظ الكتلة على أن كتلة النظام المغلق يجب أن تبقى ثابتة مع مرور الوقت. بالنسبة للسوائل، يُعبَّر عن هذا المبدأ بمعادلة الاستمرارية. في صيغتها التفاضلية الأويلرية، تُكتب على النحو التالي: \(\frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0\)، حيث \(\rho\) هي الكثافة و\(\mathbf{u}\) هو مجال السرعة.

هناك طريقتان لوصف الحركة في ميكانيكا الاستمرارية:

• تتبع مواصفات لاغرانج جزيئات المواد الفردية، وتتبع خصائصها بمرور الوقت، مثل مراقبة سيارة معينة في حركة المرور
• تركز المواصفات الأويلريّة على نقاط ثابتة في الفضاء، ومراقبة خصائص (السرعة، الكثافة) لأي جسيمات تمر عبر تلك النقاط، مثل كاميرا المرور التي تراقب تقاطعًا ثابتًا.

ميكانيكا المواد الصلبة فرع من ميكانيكا المتصلات، يدرس سلوك المواد الصلبة، وخاصةً حركتها وتشوهها تحت تأثير القوى، وتغيرات درجة الحرارة، أو الأحمال الخارجية الأخرى. وتُعدّ هذه الميكانيكا أساسيةً في الهندسة لتصميم وتحليل الهياكل. وتشمل مجالاتها الرئيسية المرونة (التشوه القابل للاستعادة)، واللدونة (التشوه الدائم)، وميكانيكا الكسر (بدء وانتشار الشقوق).

قانون هوك المعمم هو المعادلة التأسيسية للمواد المرنة الخطية، وينص على أن موتر الإجهاد يتناسب خطيًا مع موتر الانفعال. تُعبَّر عن هذه العلاقة بالصيغة \(\sigma = C : \varepsilon\)، حيث \(\sigma\) هو موتر الإجهاد، و\(\varepsilon\) هو موتر الانفعال، و\(C\) هو موتر الصلابة من الدرجة الرابعة الذي يحتوي على ثوابت مرونة المادة.

ينص هذا القانون على أن كل جسيم يجذب أي جسيم آخر في الكون بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما. صيغته هي: \(F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}\)، حيث \(G\) هو ثابت الجاذبية. وقد وحّد هذا القانون ميكانيكا الأرض والسماء.

في نظام معزول، يبقى الزخم الكلي ثابتًا. النظام المعزول هو النظام الذي لا يخضع لقوى خارجية. ينبع هذا المبدأ من قوانين نيوتن للحركة. بالنسبة لنظام الجسيمات، يكون الزخم الكلي محفوظًا إذا كانت القوة الخارجية المحصلة تساوي صفرًا. وهذا أساسي لتحليل التصادمات.

في إطار مرجعي يدور بسرعة زاوية μα، تُعطى القوة الطاردة المركزية (F) المؤثرة على جسم كتلته (m) عند متجه موضع (r) من نقطة الأصل، بصيغة المتجه: F = -m (r) (م) (م). توضح هذه الصيغة أن القوة موجهة عموديًا على محور الدوران نحو الخارج.

يُحدد قانون كولومب القوة الكهروستاتيكية بين جسيمين ساكنين مشحونين كهربائيًا. تتناسب هذه القوة طرديًا مع حاصل ضرب مقداري الشحنتين، وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما. صيغتها هي: \(F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2}\). يمكن أن تكون هذه القوة إما تجاذبية أو تنافرية.

إعادة صياغة للميكانيكا الكلاسيكية مبنية على مبدأ الفعل الساكن. تستخدم هذه المعادلة كمية قياسية تُسمى لاغرانج، وتُعرّف بأنها الطاقة الحركية مطروحًا منها الطاقة الكامنة (L = T - V). تُشتق معادلات الحركة من معادلة أويلر-لاغرانج، (d = dt) (L = q_i) - L = q_i = 0)، باستخدام إحداثيات معممة، مما يُبسط تحليل الأنظمة المعقدة ذات القيود.

التآكل الجلفاني هو عملية كهروكيميائية حيث يتآكل أحد الفلزات بشكل تفضيلي عند التلامس الكهربائي مع فلز آخر في وجود إلكتروليت. ويحدث ذلك لأن الفلزين غير المتشابهين يكوِّنان زوجاً ثنائي المعدن، حيث يعمل الفلز الأقل نبلاً (الأكثر نشاطاً) كأنبوب أنود ويتآكل، بينما يعمل الفلز الأكثر نبلاً ككاثود.