यांत्रिकी

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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।

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] ( शास्त्रीय यांत्रिकी का इतिहास और शास्त्रीय यांत्रिकी की समयरेखा देखें)। प्रारंभिक आधुनिक काल के दौरान, गैलीलियो, केपलर, ह्यूजेन्स और न्यूटन जैसे वैज्ञानिकों ने उस चीज की नींव रखी जिसे अब शास्त्रीय यांत्रिकी के रूप में जाना जाता है।

शास्त्रीय 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 यूनानी दार्शनिक यह प्रस्तावित करने वाले पहले लोगों में से थे कि अमूर्त सिद्धांत प्रकृति को नियंत्रित करते हैं। पुरातनता में यांत्रिकी का मुख्य सिद्धांत अरिस्टोटेलियन यांत्रिकी था, हालांकि छद्म-अरिस्टोटेलियन यांत्रिक समस्याओं में एक वैकल्पिक सिद्धांत का खुलासा किया गया 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 स्थिर या गतिशील रूप से निकायों का विश्लेषण करने के लिए गणित का अधिक व्यापक रूप से उपयोग 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]

मध्ययुगीन आयु

अज्ञात तारीख की एक पांडुलिपि में अरबी मशीन।

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 ने चर्चा की थी।

फारसी इस्लामिक पोलीमैथ इब्न सीना ने द बुक ऑफ हीलिंग (1020) में गति के अपने सिद्धांत को प्रकाशित किया। उन्होंने कहा कि फेंकने वाले द्वारा एक प्रक्षेप्य को एक प्रोत्साहन दिया जाता है, और इसे लगातार 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 (वर्दी) बल के अधीन एक शरीर के 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 फैशन में प्रत्याशा शास्त्रीय यांत्रिकी का नियम [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

टकोला , सी द्वारा पिस्टन पंप का पहला यूरोपीय चित्रण।1450[17]

प्रारंभिक आधुनिक युग में दो केंद्रीय व्यक्ति गैलीलियो गैलीली और आइजैक न्यूटन हैं। गैलीलियो ने अपने यांत्रिकी, विशेष रूप से गिरते हुए पिंडों के बारे में अंतिम वक्तव्य, 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 अक्सर बहस का विषय है।

आधुनिक आयु

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 निकायों के प्रकार

अक्सर इस्तेमाल किए जाने वाले शब्द शरीर को 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 निकायों की प्रकृति से संबंधित हैं। कण छोटे (ज्ञात) आंतरिक संरचना वाले शरीर होते हैं, जिन्हें शास्त्रीय यांत्रिकी में गणितीय बिंदुओं के रूप में माना जाता है। कठोर पिंडों का आकार और आकार होता है, लेकिन कण के करीब एक सरलता बनाए रखते हैं, जो अंतरिक्ष में अभिविन्यास जैसे स्वतंत्रता की कुछ तथाकथित डिग्री जोड़ते हैं।

अन्यथा, शरीर अर्ध-कठोर हो सकते हैं, अर्थात लोचदार, या गैर-कठोर, अर्थात द्रव । इन विषयों में अध्ययन के शास्त्रीय और क्वांटम दोनों विभाग हैं।

उदाहरण के लिए, एक अंतरिक्ष यान की गति, उसकी कक्षा और दृष्टिकोण ( घूर्णन ) के संबंध में, शास्त्रीय 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 शास्त्रीय 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 अक्सर 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।

शास्त्रीय

निम्नलिखित को शास्त्रीय यांत्रिकी बनाने के रूप में वर्णित किया गया है:

क्वांटम =

निम्नलिखित को क्वांटम यांत्रिकी के भाग के रूप में वर्गीकृत किया गया है:

ऐतिहासिक रूप से, क्वांटम यांत्रिकी विकसित होने से पहले शास्त्रीय 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 शास्त्रीय 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।

शास्त्रीय यांत्रिकी को विशेष रूप से अक्सर 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, साथ ही उन्हें उत्पन्न करने और परीक्षण करने में प्रयोग द्वारा निभाई गई निर्णायक भूमिका।

क्वांटम यांत्रिकी एक बड़े दायरे का है, क्योंकि इसमें शास्त्रीय 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 शास्त्रीय 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 शास्त्रीय यांत्रिकी लागू किया गया था। क्वांटम यांत्रिकी ने नींव के स्तर पर शास्त्रीय 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 शास्त्रीय 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।

अक्सर 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। उन्होंने दिखाया कि गिरने वाली वस्तुओं की गति उनके गिरने के समय में लगातार बढ़ जाती है। यह त्वरण भारी वस्तुओं के लिए वही है जो प्रकाश के लिए 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, रोजमर्रा की घटनाओं के लिए, न्यूटन के गति के तीन नियम गतिकी की आधारशिला बने हुए हैं, जो कि गति के कारणों का अध्ययन है।

रिलेतिविस्तिक

क्वांटम और शास्त्रीय यांत्रिकी के बीच अंतर के लिए सादृश्य में, अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य और 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 है क्योंकि शरीर 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]

पेशेवर संगठन

See also

References

  1. ↑ {{cite encyclopedia}}: Empty citation (help)
  2. ↑ {{cite encyclopedia}}: Empty citation (help)
  3. ↑ 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.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ↑ Dugas, Rene. A History of Classical Mechanics. New York, NY: Dover Publications Inc, 1988, pg 19.
  5. ↑ Rana, N.C., and Joag, P.S. Classical Mechanics. West Petal Nagar, New Delhi. Tata McGraw-Hill, 1991, pg 6.
  6. ↑ Renn, J., Damerow, P., and McLaughlin, P. Aristotle, Archimedes, Euclid, and the Origin of Mechanics: The Perspective of Historical Epistemology. Berlin: Max Planck Institute for the History of Science, 2010, pg 1-2.
  7. ↑ Zhmud, L. (2012). Pythagoras and the Early Pythagoreans (in English). OUP Oxford. ISBN 978-0-19-928931-8.
  8. ↑ "A history of mechanics". René Dugas (1988). p.19. ISBN 0-486-65632-2
  9. ↑ "A Tiny Taste of the History of Mechanics". The University of Texas at Austin.
  10. ↑ Espinoza, Fernando (2005). "An analysis of the historical development of ideas about motion and its implications for teaching". Physics Education. 40 (2): 141. Bibcode:2005PhyEd..40..139E. doi:10.1088/0031-9120/40/2/002.
  11. ↑ Seyyed Hossein Nasr & Mehdi Amin Razavi (1996). The Islamic intellectual tradition in Persia. Routledge. p. 72. ISBN 978-0-7007-0314-2.
  12. ↑ Aydin Sayili (1987). "Ibn Sīnā and Buridan on the Motion of the Projectile". Annals of the New York Academy of Sciences. 500 (1): 477–482. Bibcode:1987NYASA.500..477S. doi:10.1111/j.1749-6632.1987.tb37219.x.
  13. ↑ Espinoza, Fernando. "An Analysis of the Historical Development of Ideas About Motion and its Implications for Teaching". Physics Education. Vol. 40(2).
  14. ↑ Abu'l-Barakāt al-Baghdādī, Hibat Allah. New York: Charles Scribner's Sons. (cf. Abel B. Franco (October 2003). "Avempace, Projectile Motion, and Impetus Theory", Journal of the History of Ideas 64 (4), p. 521-546 [528].)
  15. ↑ Sayili, Aydin. "Ibn Sina and Buridan on the Motion the Projectile". Annals of the New York Academy of Sciences vol. 500(1). p.477-482.
  16. ↑ Gutman, Oliver (2003), Pseudo-Avicenna, Liber Celi Et Mundi: A Critical Edition, Brill Publishers, p. 193, ISBN 90-04-13228-7
  17. ↑ Hill, Donald Routledge (1996). A History of Engineering in Classical and Medieval Times. London: Routledge. p. 143. ISBN 0-415-15291-7.
  18. ↑ "A Tiny Taste of the History of Mechanics". The University of Texas at Austin.
  19. ↑ Weinberg, S. (May 1, 2005). The Quantum Theory of Fields, Volume 1: Foundations (1st ed.). Cambridge University Press. p. xxi. ISBN 0521670535.

Further reading

External links

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