यांत्रिकी: Difference between revisions
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यांत्रिकी ( प्राचीन ग्रीक से रूप से " मशीनों का") [1] [2] भौतिक वस्तुओं के बीच बल, पदार्थ और गति के बीच संबंधों से संबंधित गणित और भौतिकी का क्षेत्र है। [3] वस्तुओं पर लागू बल के परिणामस्वरूप विस्थापन होता है, या किसी वस्तु की स्थिति उसके पर्यावरण के सापेक्ष बदल जाती है।
चिरसम्मत भौतिकी की इस शाखा की सैद्धांतिक व्याख्याओं की उत्पत्ति प्राचीन ग्रीस में हुई है, उदाहरण के लिए, अरस्तू और आर्किमिडीज के लेखन में [4] [5] [6] ( चिरसम्मत यांत्रिकी का इतिहास और चिरसम्मत यांत्रिकी की समयरेखा देखें)। प्रारंभिक आधुनिक काल के दौरान, गैलीलियो, केपलर, ह्यूजेन्स और न्यूटन जैसे वैज्ञानिकों ने उस चीज की नींव रखी जिसे अब चिरसम्मत यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है।
चिरसम्मत भौतिकी की एक शाखा के रूप में, यांत्रिकी उन निकायों से संबंधित है जो या तो आराम कर रहे हैं या प्रकाश की गति से काफी कम वेग से आगे बढ़ रहे हैं। इसे भौतिक विज्ञान के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है जो क्वांटम दायरे में नहीं निकायों पर गति और बलों से संबंधित है।
इतिहास
प्राचीनता
प्राचीन ग्रीक दार्शनिकों ने सबसे पहले यह प्रस्तावित किया था कि अमूर्त सिद्धांत प्रकृति को नियंत्रित करते हैं। पुरातनता में यांत्रिकी का मुख्य सिद्धांत एरिस्टोटेलियन यांत्रिकी था, हालांकि छद्म-एरिस्टोटेलियन मैकेनिकल समस्याओं में एक वैकल्पिक सिद्धांत उजागर होता है, जिसे अक्सर उनके उत्तराधिकारियों में से एक के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है।
एक और परंपरा है। जो प्राचीन यूनानियों में वापस जाती है। जहां गणित का उपयोग स्थिर या गतिशील रूप से निकायों का विश्लेषण करने के लिए अधिक व्यापक रूप से किया जाता है, एक दृष्टिकोण जो पाइथागोरस आर्किटास के पूर्व कार्य से प्रेरित हो सकता है। [7] इस परंपरा के उदाहरणों में छद्म- यूक्लिड ( बैलेंस पर ), आर्किमिडीज ( ऑन द इक्विलिब्रियम ऑफ प्लेन, ऑन फ्लोटिंग बॉडीज ), हीरो ( मैकेनिका ), और पप्पस ( संग्रह, पुस्तक VIII) शामिल हैं। [8] [9]
मध्यकालीन युग
मध्य युग में, अरस्तू के सिद्धांतों की आलोचना की गई और कई आंकड़ों द्वारा संशोधित किया गया, जिसकी शुरुआत 6 वीं शताब्दी में जॉन फिलोपोनस से हुई। एक केंद्रीय समस्या प्रक्षेप्य गति की थी, जिस पर हिप्पार्कस और फिलोपोनस द्वारा चर्चा की गई थी।
फारसी इस्लामिक पोलीमैथ इब्न सीना ने द बुक ऑफ हीलिंग (1020) में गति के अपने सिद्धांत को प्रकाशित किया। उन्होंने कहा कि बटाई करने वाले द्वारा एक प्रक्षेप्य को एक प्रोत्साहन दिया जाता है, और इसे आग्रही के रूप में देखा जाता है, इसे नष्ट करने के लिए वायु प्रतिरोध जैसे बाहरी बलों की आवश्यकता होती है। [10] [11] [12] इब्न सिना ने 'बल' और 'झुकाव' (जिसे "मायल" कहा जाता है) के बीच भेद किया, और तर्क दिया कि जब वस्तु अपनी प्राकृतिक गति के विरोध में होती है तो एक वस्तु मेयल प्राप्त करती है। इसलिए उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि गति की निरंतरता को उस झुकाव के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है जिसे वस्तु में स्थानांतरित किया जाता है, और वह वस्तु गति में तब तक रहेगी जब तक कि मेयल खर्च नहीं हो जाती। उन्होंने यह भी दावा किया कि एक निर्वात में प्रक्षेप्य तब तक नहीं रुकेगा जब तक उस पर कार्रवाई नहीं की जाती, न्यूटन के गति के पहले नियम के अनुरूप। [13]
एक स्थिर (अपरिवर्तनशील) बल के अधीन एक तत्व/निकायके सवाल पर, 12 वीं शताब्दी के यहूदी-अरब विद्वान हिबत अल्लाह अबुल-बराकत अल-बगदादी (बगदाद के नथानेल, इराकी में जन्मे) ने कहा कि निरंतर बल निरंतर त्वरण प्रदान करता है। श्लोमो पाइंस के अनुसार, अल-बगदादी की गति का सिद्धांत " अरस्तू के मौलिक गतिशील कानून का सबसे पुराना निषेध था [अर्थात्, एक स्थिर बल एक समान गति पैदा करता है], [और इस प्रकार एक] मौलिक के अस्पष्ट/अनिश्चित रीति में प्रत्याशा चिरसम्मत यांत्रिकी का नियम उत्पन्न करता है [अर्थात्, लगातार लगाया जाने वाला बल त्वरण उत्पन्न करता है]।" [14]
इब्न सिना [15] और अल-बगदादी जैसे पहले के लेखकों से प्रभावित, [16] 14 वीं शताब्दी के फ्रांसीसी पुजारी जीन बुरिदान ने प्रोत्साहन के सिद्धांत को विकसित किया, जो बाद में जड़ता, वेग, त्वरण और गति के आधुनिक सिद्धांतों में विकसित हुआ। यह काम और अन्य 14 वीं शताब्दी के इंग्लैंड में थॉमस ब्रैडवर्डिन जैसे ऑक्सफोर्ड कैलकुलेटर द्वारा विकसित किए गए थे, जिन्होंने गिरते निकायों के संबंध में विभिन्न कानूनों का अध्ययन और सूत्रीकरण किया था। यह अवधारणा कि किसी पिंड के मुख्य गुण समान रूप से त्वरित गति (गिरते हुए पिंडों के रूप में) हैं, 14 वीं शताब्दी के ऑक्सफोर्ड कैलकुलेटर द्वारा काम किया गया था।
प्रारंभिक आधुनिक युग
प्रारंभिक आधुनिक युग में दो केंद्रीय व्यक्ति गैलीलियो गैलीली और आइजैक न्यूटन हैं। गैलीलियो ने अपने यांत्रिकी में अंतिम वक्तव्य, विशेष रूप से गिरते हुए पिंडों के बारे , उनके दो नए विज्ञान (1638) हैं। न्यूटन के 1687 फिलॉसॉफी नेचुरलिस प्रिंसिपिया मैथमैटिका ने कैलकुलस के नए विकसित गणित का उपयोग करते हुए और न्यूटनियन यांत्रिकी का आधार प्रदान करते हुए यांत्रिकी का एक विस्तृत गणितीय विवरण प्रदान किया। [18]
विभिन्न विचारों की प्राथमिकता पर कुछ विवाद है: न्यूटन का प्रिन्सिपिया निश्चित रूप से मौलिक कार्य है और यह काफी प्रभावशाली रहा है, और गणित के कई परिणाम कलन के विकास के बिना पहले नहीं बताए जा सकते थे। हालांकि, कई विचार, विशेष रूप से जड़ता और गिरने वाले निकायों से संबंधित, पूर्व विद्वानों जैसे क्रिस्टियान ह्यूजेन्स और कम ज्ञात मध्ययुगीन पूर्ववर्तियों द्वारा विकसित किए गए थे। सटीक क्रेडिट कभी-कभी मुश्किल या विवादास्पद होता है क्योंकि वैज्ञानिक भाषा और सबूत के मानकों को बदल दिया गया है, इसलिए क्या मध्ययुगीन बयान आधुनिक बयानों या पर्याप्त सबूत के बराबर हैं, या इसके बजाय आधुनिक बयानों और परिकल्पनाओं के समान प्रायः बहस का विषय है।
आधुनिक युग
यांत्रिकी में दो मुख्य आधुनिक विकास आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी हैं, दोनों को 20 वीं शताब्दी में विकसित किया गया था, जो 19 वीं शताब्दी के पहले के विचारों पर आधारित था। आधुनिक सातत्य यांत्रिकी में विकास, विशेष रूप से लोच, प्लास्टिसिटी, द्रव गतिकी, इलेक्ट्रोडायनामिक्स और विकृत मीडिया के ऊष्मप्रवैगिकी के क्षेत्रों में, 20 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में शुरू हुआ।
यांत्रिक तत्व/निकाय के प्रकार
प्रायः इस्तेमाल किए जाने वाले शब्द तत्व/निकायको कणों, प्रोजेक्टाइल, अंतरिक्ष यान, सितारों, मशीनरी के हिस्सों, ठोस पदार्थों के हिस्सों, तरल पदार्थ ( गैस और तरल पदार्थ ) के हिस्सों आदि सहित वस्तुओं के विस्तृत वर्गीकरण के लिए खड़े होने की आवश्यकता होती है।
यांत्रिकी के विभिन्न उप-विषयों के बीच अन्य भेद, वर्णित तत्वों की प्रकृति से संबंधित हैं। कण छोटे (ज्ञात) आंतरिक संरचना वाले तत्व/निकायहोते हैं, जिन्हें चिरसम्मत यांत्रिकी में गणितीय बिंदुओं के रूप में माना जाता है। कठोर पिंडों का आकार और आकृति होती है, लेकिन कण के करीब एक सरलता बनाए रखते हैं, जो अंतरिक्ष में अभिविन्यास जैसे स्वतंत्रता की कुछ तथाकथित डिग्री जोड़ते हैं।
अन्यथा, तत्व/निकायअर्ध-कठोर हो सकते हैं, अर्थात लोचदार, या गैर-कठोर, अर्थात द्रव । इन विषयों में अध्ययन के चिरसम्मत और क्वांटम दोनों विभाग हैं।
उदाहरण के लिए, एक अंतरिक्ष यान की गति, उसकी कक्षा और दृष्टिकोण ( घूर्णन ) के संबंध में, चिरसम्मत यांत्रिकी के सापेक्षतावादी सिद्धांत द्वारा वर्णित है, जबकि एक परमाणु नाभिक के अनुरूप आंदोलनों का वर्णन क्वांटम यांत्रिकी द्वारा किया जाता है।
उप-अनुशासन
यांत्रिकी में अध्ययन किए जाने वाले विभिन्न विषयों की दो सूचियाँ निम्नलिखित हैं।
ध्यान दें कि " क्षेत्रों का सिद्धांत " भी है जो भौतिकी में एक अलग अनुशासन का गठन करता है, जिसे औपचारिक रूप से यांत्रिकी से अलग माना जाता है, चाहे चिरसम्मत क्षेत्र या क्वांटम क्षेत्र । लेकिन वास्तविक व्यवहार में, यांत्रिकी और क्षेत्रों से संबंधित विषय आपस में जुड़े हुए हैं। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, कणों पर कार्य करने वाले बल प्रायः क्षेत्रों ( विद्युत चुम्बकीय या गुरुत्वाकर्षण ) से प्राप्त होते हैं, और कण स्रोतों के रूप में कार्य करके क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। वास्तव में, क्वांटम यांत्रिकी में, कण स्वयं क्षेत्र होते हैं, जैसा कि तरंग फ़ंक्शन द्वारा सैद्धांतिक रूप से वर्णित किया गया है।
चिरसम्मत
निम्नलिखित को चिरसम्मत यांत्रिकी बनाने के रूप में वर्णित किया गया है:
- न्यूटनियन यांत्रिकी, गति का मूल सिद्धांत ( कीनेमेटीक्स ) और बल ( गतिकी )।
- विश्लेषणात्मक यांत्रिकी बल के बजाय सिस्टम ऊर्जा पर जोर देने के साथ न्यूटनियन यांत्रिकी का सुधार है। विश्लेषणात्मक यांत्रिकी की दो मुख्य शाखाएँ हैं:
- हैमिल्टनियन यांत्रिकी, एक सैद्धांतिक औपचारिकता, ऊर्जा के संरक्षण के सिद्धांत पर आधारित है।
- कम से कम कार्रवाई के सिद्धांत पर आधारित एक और सैद्धांतिक औपचारिकता, लैग्रैंगियन यांत्रिकी ।
- चिरसम्मत सांख्यिकीय यांत्रिकी अज्ञात स्थिति में सिस्टम पर विचार करने के लिए सामान्य चिरसम्मत यांत्रिकी का सामान्यीकरण करता है; प्रायः थर्मोडायनामिक गुणों को प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- आकाशीय यांत्रिकी, अंतरिक्ष में पिंडों की गति: ग्रह, धूमकेतु, तारे, आकाशगंगा, आदि।
- एस्ट्रोडायनामिक्स, अंतरिक्ष यान नेविगेशन, आदि।
- ठोस यांत्रिकी, लोच, प्लास्टिसिटी, विस्कोइलास्टिसिटी विकृत ठोस द्वारा प्रदर्शित होती है।
- फ्रैक्चर यांत्रिकी
- ठोस, तरल पदार्थ और गैसों में ध्वनिकी, ध्वनि (= घनत्व भिन्नता प्रसार)।
- यांत्रिक संतुलन में स्थैतिक, अर्ध-कठोर निकाय
- द्रव यांत्रिकी, द्रवों की गति
- मृदा यांत्रिकी, मृदा का यांत्रिक व्यवहार
- सातत्य यांत्रिकी, सातत्य के यांत्रिकी (ठोस और द्रव दोनों)
- हाइड्रोलिक्स, तरल पदार्थ के यांत्रिक गुण
- द्रव स्थैतिक, संतुलन में तरल पदार्थ
- अनुप्रयुक्त यांत्रिकी, या इंजीनियरिंग यांत्रिकी
- जीव विज्ञान में बायोमैकेनिक्स, ठोस, तरल पदार्थ आदि
- जीव- भौतिकी, जीवों में शारीरिक प्रक्रियाएं
- सापेक्षवादी या आइंस्टीनियन यांत्रिकी, सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण ।
प्रमात्रा / क्वांटम
निम्नलिखित को क्वांटम यांत्रिकी के भाग के रूप में वर्गीकृत किया गया है:
- श्रोडिंगर तरंग यांत्रिकी, एक कण के तरंग क्रिया के आंदोलनों का वर्णन करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
- मैट्रिक्स यांत्रिकी एक वैकल्पिक सूत्रीकरण है जो एक परिमित-विमीय अवस्था समष्टि के साथ सिस्टम पर विचार करने की अनुमति देता है।
- क्वांटम सांख्यिकीय यांत्रिकी अज्ञात अवस्था में सिस्टम पर विचार करने के लिए सामान्य क्वांटम यांत्रिकी का सामान्यीकरण करता है; प्रायः थर्मोडायनामिक गुणों को प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- कण भौतिकी, कणों की गति, संरचना और प्रतिक्रियाएंनिकाय
- परमाणु भौतिकी, नाभिक की गति, संरचना और प्रतिक्रियाएं
- संघनित पदार्थ भौतिकी, क्वांटम गैस, ठोस, तरल पदार्थ आदि।
ऐतिहासिक रूप से, क्वांटम यांत्रिकी विकास से पहले चिरसम्मत यांत्रिकी लगभग एक चौथाई सहस्राब्दी के आसपास रहा था। सत्रहवीं शताब्दी में विकसित फिलॉसफी नेचुरलिस प्रिंसिपिया मैथमैटिका में आइजैक न्यूटन के गति के नियमों के साथ चिरसम्मत यांत्रिकी की उत्पत्ति हुई। क्वांटम यांत्रिकी बाद में विकसित हुई, उन्नीसवीं शताब्दी में, प्लैंक की अभिधारणा और अल्बर्ट आइंस्टीन की फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या से उपजी। दोनों क्षेत्रों को आमतौर पर भौतिक प्रकृति के बारे में मौजूद सबसे निश्चित ज्ञान का गठन करने के लिए आयोजित किया जाता है।
चिरसम्मत यांत्रिकी को विशेष रूप से प्रायः अन्य तथाकथित सटीक विज्ञानों के लिए एक मॉडल के रूप में देखा गया है। इस संबंध में आवश्यक है सिद्धांतों में गणित का व्यापक उपयोग, है, साथ ही साथ उन्हें उत्पन्न करने और परीक्षण करने में प्रयोग द्वारा निभाई गई निर्णायक भूमिका भी है।
क्वांटम यांत्रिकी एक बड़े दायरे का है, क्योंकि इसमें चिरसम्मत यांत्रिकी को एक उप-अनुशासन के रूप में शामिल किया गया है जो कुछ प्रतिबंधित परिस्थितियों में लागू होता है। पत्राचार सिद्धांत के अनुसार, दो विषयों के बीच कोई विरोधाभास या संघर्ष नहीं है, प्रत्येक बस विशिष्ट स्थितियों से संबंधित है। पत्राचार सिद्धांत बताता है कि क्वांटम सिद्धांतों द्वारा वर्णित प्रणालियों का व्यवहार बड़ी क्वांटम संख्याओं की सीमा में चिरसम्मत भौतिकी को पुन: उत्पन्न करता है, अर्थात यदि क्वांटम यांत्रिकी को बड़े सिस्टम (उदाहरण के लिए एक बेसबॉल) पर लागू किया जाता है, तो परिणाम लगभग समान होगा यदि चिरसम्मत यांत्रिकी लागू किया गया था। क्वांटम यांत्रिकी ने नींव के स्तर पर चिरसम्मत यांत्रिकी को पीछे छोड़ दिया है और आणविक, परमाणु और उप-परमाणु स्तर पर प्रक्रियाओं की व्याख्या और भविष्यवाणी के लिए अपरिहार्य है। हालांकि, मैक्रोस्कोपिक प्रक्रियाओं के लिए चिरसम्मत यांत्रिकी उन समस्याओं को हल करने में सक्षम है जो क्वांटम यांत्रिकी में असहनीय रूप से कठिन हैं (मुख्य रूप से कम्प्यूटेशनल सीमाओं के कारण) और इसलिए उपयोगी और अच्छी तरह से उपयोग की जाती हैं। इस तरह के व्यवहार का आधुनिक विवरण विस्थापन (दूरी गई), समय, वेग, त्वरण, द्रव्यमान और बल जैसी मात्राओं की सावधानीपूर्वक परिभाषा के साथ शुरू होता है। हालाँकि, लगभग 400 साल पहले तक, गति को बहुत अलग दृष्टिकोण से समझाया गया था। उदाहरण के लिए, यूनानी दार्शनिक और वैज्ञानिक अरस्तू के विचारों का अनुसरण करते हुए, वैज्ञानिकों ने तर्क दिया कि एक तोप का गोला नीचे गिरता है क्योंकि उसकी प्राकृतिक स्थिति पृथ्वी में है; सूर्य, चंद्रमा और तारे पृथ्वी के चारों ओर चक्कर लगाते हैं क्योंकि यह आकाशीय पिंडों का स्वभाव है कि वे पूर्ण वृत्तों में घूमते हैं।
प्रायः आधुनिक विज्ञान के पिता के रूप में उद्धृत, गैलीलियो ने अपने समय के अन्य महान विचारकों के विचारों को एक साथ लाया और गति की गणना कुछ प्रारंभिक स्थिति से तय की गई दूरी और इसमें लगने वाले समय के संदर्भ में की है। उन्होंने दिखाया कि गिरने वाली वस्तुओं की गति उनके गिरने के समय के दौरान लगातार बढ़ती है। यह त्वरण भारी वस्तुओं के लिए प्रकाश वाले के समान है, बशर्ते वायु घर्षण (वायु प्रतिरोध) छूट दी गई हो। अंग्रेजी गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी आइजैक न्यूटन ने बल और द्रव्यमान को परिभाषित करके और इन्हें त्वरण से जोड़कर इस विश्लेषण में सुधार किया। प्रकाश की गति के करीब गति से यात्रा करने वाली वस्तुओं के लिए, न्यूटन के नियमों को अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत से हटा दिया गया था। [आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत की कम्प्यूटेशनल जटिलता को दर्शाने वाला एक वाक्य। परमाणु और उप-परमाणु कणों के लिए, न्यूटन के नियमों को क्वांटम सिद्धांत द्वारा हटा दिया गया था। हालांकि, प्रतिदिन की घटनाओं के लिए, न्यूटन के गति के तीन नियम गतिकी की आधारशिला बने हुए हैं, जो कि गति के कारणों का अध्ययन है।
सापेक्षवादी / रिलेतिविस्तिक
क्वांटम और चिरसम्मत यांत्रिकी के बीच अंतर के लिए सादृश्य में, अल्बर्ट आइंस्टीन के सामान्य और सापेक्षता के विशेष सिद्धांतों ने न्यूटन और गैलीलियो के यांत्रिकी के निर्माण के दायरे का विस्तार किया है। सापेक्षतावादी और न्यूटोनियन यांत्रिकी के बीच अंतर महत्वपूर्ण और प्रभावशाली हो जाता हैं क्योंकि तत्व/निकाय का वेग प्रकाश की गति के करीब पहुंच जाता है। उदाहरण के लिए, न्यूटोनियन यांत्रिकी में, एक मुक्त कण की गतिज ऊर्जा E=1/2mv2 है।
उच्च-ऊर्जा प्रक्रियाओं के लिए, क्वांटम यांत्रिकी को विशेष सापेक्षता के हिसाब से समायोजित किया जाना चाहिए। इससे क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत का विकास हुआ है। [19]
वृत्तिक संगठन
- एप्लाइड मैकेनिक्स डिवीजन, अमेरिकन सोसाइटी ऑफ मैकेनिकल इंजीनियर्स
- फ्लुइड डायनेमिक्स डिवीजन, अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी
- प्रायोगिक यांत्रिकी के लिए सोसायटी
- इंस्टीट्यूशन ऑफ मैकेनिकल इंजीनियर्स यूनाइटेड किंगडम की मैकेनिकल इंजीनियरों के लिए क्वालीफाइंग बॉडी है और 150 से अधिक वर्षों से मैकेनिकल इंजीनियर्स का घर रहा है।
- सैद्धांतिक और अनुप्रयुक्त यांत्रिकी के अंतर्राष्ट्रीय संघ
यह सभी देखें
- Applied mechanics
- Dynamical system|Dynamics
- Engineering
- Index of engineering science and mechanics articles
- Kinematics
- Kinetics (physics)|Kinetics
- Non-autonomous mechanics
- Statics
- Wiesen Test of Mechanical Aptitude (WTMA)
संदर्भ
- ↑
{{cite encyclopedia}}: Empty citation (help) - ↑
{{cite encyclopedia}}: Empty citation (help) - ↑ Young, Hugh D. (Hugh David), 1930- (2 September 2019). Sears and Zemansky's university physics : with modern physics. Freedman, Roger A., Ford, A. Lewis (Albert Lewis), Estrugo, Katarzyna Zulteta (Fifteenth edition in SI units ed.). Harlow. p. 62. ISBN 978-1-292-31473-0. OCLC 1104689918.
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अग्रिम पठन
- Robert Stawell Ball (1871) Experimental Mechanics from Google books.
- Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. (1972). Mechanics and Electrodynamics, Vol. 1. Franklin Book Company, Inc. ISBN 978-0-08-016739-8.
बाहरी संबंध
- iMechanica: the web of mechanics and mechanicians
- Mechanics Definition
- Mechanics Blog by a Purdue University Professor
- The Mechanics program at Virginia Tech
- Physclips: Mechanics with animations and video clips from the University of New South Wales
- U.S. National Committee on Theoretical and Applied Mechanics
- Interactive learning resources for teaching Mechanics
- The Archimedes Project
