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Mechanik

 

[griechisch mēchanike̅́ (téchnē) »die Kunst, Maschinen zu erfinden und zu bauen«, zu mechanikós, mechanisch] die, -/-en,  

 1) ohne Plural, bildungssprachlich für: monotone Selbsttätigkeit, Zwangsläufigkeit in einem Ablauf.

 

 2) Musik: Bezeichnung für alle beweglichen und in der Regel klangsteuernden beziehungsweise -auslösenden Teile bei Tasteninstrumenten (Klavierinstrumente; bei der Orgel die Traktur). Unterschieden werden die Tangentenmechanik des Klavichords, die Kielmechanik beim Cembalo, Spinett und Virginal sowie die Hammermechanik beim Klavier (Stoßzungen-, Prellzungenmechanik früher Hammerklaviere, moderne Repetitionsmechanik).

 

 3) Physik: der älteste Zweig der Physik, der die Bewegungen materieller Systeme unter dem Einfluss von Kräften untersucht. Ausgehend von den Grundbegriffen des Raumes und der Zeit und der darauf aufbauenden Lehre von den Bewegungen eines oder mehrerer Körper in Raum und Zeit, der Kinematik, werden in der Dynamik die Bewegungen mit den Begriffen Masse, Kraft, Impuls und Drehimpuls behandelt. Grundlage sind die drei newtonschen Axiome und die daraus ableitbaren Erhaltungssätze (Drehimpuls, Energiesatz, Impulssatz). Formale Weiterentwicklungen, insbesondere für komplexe Systeme, sind Formulierungen unter Verwendung der Lagrange-Bewegungsgleichungen, der Hamilton-Gleichungen und die Hamilton-Jacobi-Theorie. Die Dynamik enthält als Sonderfall die Statik als Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte.

 

Nach der Methodik unterscheidet man die experimentelle Mechanik, die sich mit dem Messen mechanischer Größen befasst, von der theoretischen Mechanik, zu deren Aufgaben insbesondere die Formulierung der benötigten Begriffe und der geltenden Gesetze gehört. Nach der Art der beschriebenen Objekte wird v. a. zwischen der technischen Mechanik, einer wichtigen Grundlage der Ingenieurwissenschaften, und der allgemeinen Mechanik der Physik unterschieden. Der systematische Aufbau der Mechanik umfasst 1) die Mechanik der Massenpunkte (Punktmechanik), der Systeme von Massenpunkten und der starren Körper und 2) die Mechanik deformierbarer Körper (Kontinuumsmechanik), die die Elastizitätstheorie und die Hydro- und Aeromechanik mit den Sondergebieten Schwingungslehre und Akustik enthält. - Die klassische oder newtonsche Mechanik, die auf den newtonschen Axiomen basiert, gilt nur für Geschwindigkeiten, die klein gegen die Lichtgeschwindigkeit sind, und für Wirkungen, die groß gegen das plancksche Wirkungsquantum sind. Die Weiterentwicklung der Mechanik für Geschwindigkeiten in der Größenordnung der Lichtgeschwindigkeit gelang mit der Relativitätstheorie (relativistische Mechanik) und für den atomaren Bereich in der Quantenmechanik; beide Gebiete umfassen die klassische Mechanik als Grenzfall. - Spezialgebiete der Mechanik sind die Himmelsmechanik und die statistische Mechanik.

 

Historisch ist die Anwendung der Mechanik älter als ihre Auffassung als Wissenschaft. Insbesondere in der griechischen Antike wurde die Mechanik nicht als zur Naturbeschreibung geeignete Wissenschaft angesehen, sondern als eine »mechanische Technik« (griechische Naturwissenschaft). Die heutigen Bezeichnungen Mechanik und Maschine entstammen beide dieser Wurzel in der griechischen Sprache. Als Naturwissenschaft im heutigen Sinn wurde die Mechanik erst im 17. Jahrhundert nach Vorarbeiten G. Galileis von I. Newton geschaffen; seine »Philosophiae naturalis principia mathematica« (1687) sind das älteste umfassende Lehrbuch der theoretischen, d. h. mathematisch formulierten Physik und ihrer Anwendung auf die Himmelskörper.

 

Die klassische Mechanik war die erste in sich geschlossene naturwissenschaftliche Theorie. Sie galt als exakte Wissenschaft schlechthin und beeinflusste bis zum Ende des 19. Jahrhunderts das philosophische Denken (Determinismus). Der Versuch, mechanische Vorstellungen auch auf die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen (maxwellsche Theorie) und auf die Phänomene der Strahlungsemission und -absorption durch Atome anzuwenden, führte zu unauflösbaren Widersprüchen, an denen die Grenzen der klassischen Mechanik erkennbar wurden. Aus dieser Erkenntnis entstanden die neuen Begriffssysteme der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik.

 

Literatur:

 

E. Mach: Die M. in ihrer Entwicklung (⁹1933, Nachdr. 1991);

 

Hb. der Physik, hg. v. S. Flügge, Bd. 6: Festkörper-M., 4 Tle. (1972-74);

 

Lb. der Experimentalphysik, begr. v. L. Bergmann u. C. Schaefer, Bd. 1: M., Akustik, Wärme (¹⁰1990);

 L. D. Landau u. E. M. Lifschitz: Lb. der theoret. Physik, Bd. 1: M. (a. d. Russ., Berlin-Ost ¹³1990);

 H. Goldstein: Klass. M. (a. d. Engl., ¹¹1991);

 M. Schneider: Himmels-M., 3 Bde. (^1-31992-96);

 A. J. Sommerfeld: Vorlesungen über theoret. Physik, Bd. 1 u. 2 (Neuausg. Thun 1992-94);

 A. P. French: Newtonsche M. (a. d. Amerikan., 1996);

 F. Scheck: M. (⁵1996);

 J. Szabó: Gesch. der mechan. Prinzipien u. ihrer wichtigsten Anwendungen (Neuausg. Basel 1996).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Newtons Gesetze der Mechanik

 

Naturwissenschaft und Technik: Ein neues Weltbild setzt sich durch