مقاله بررسی مبحث دینامیک در 26 صفحه ورد قابل ویرایش
علم دینامیک شاخه‌ای از مکانیک است که در مورد حرکت اجسام در اثر اعمال نیرو بحث می‌کند. معمولاً در مهندسی، دینامیک پس از استاتیک مورد مطالعه قرار می گیرد و موضوع آن تاثیر نیروها بر اجسام ساکن است. دینامیک دارای دو بخش مجزا می باشد: سینماتیک، که عبارت از مطالعه حرکت بدون در نظر گرفتن عامل آن یعنی نیرو است و سینتیک، علمی است که نیروهای وارد بر جسم را به حرکت ناشی از آنها ارتباط می دهد. دانشجوی مهندسی در می یابد که درک کامل دینامیک، او را به یکی از مفید ترین و قوی ترین ابزرهای تحلیل در مهندسی تجهیز می کند.
موضوع علم دینامیک در مقایسه با استاتیک از نظر تاریخی، نسبتا جدید است. شروع درک دینامیک با استفاده از اصول استدلالی به گالیله (1642- 1564) نسبت داده می شود که در مورد سقوط آزاد اجسام، حرکت روی سطح شیبدار و حرکت پاندول مشاهدات دقیقی را انجام داد. وی در زمینه ارائه روشی علمی برای تحقیقات ودر مسائل فیزیکی مسئولیت بزرگی را متحمل شده است.گالیله به جهت نپذیرفتن اعتقادات زمان خود که مبتنی بر فلسفه ارسطویی بود، مثلاً این عقیده که اجسام سنگین‌تر سریعتر از اجسام سبک تر سقوط می کنند پیوسته مورد انتقاد شدید قرار داشت. فقدان روشهای دقیق برای اندازه گیری زمان از موانع جدی گالیله بود و پیشرفتهای مهم بعدی در دینامیک در انتظار اختراع ساعت پاندولی توسط هویگنس در سال 1657 بود.
نیوتن (1727- 1642) بر اساس تحقیقات گالیله توانست فرمولهای دقیقی را برای قوانین حرکت ارائه کند و در نتیجه، دینامیک را در جایگاه استواری قرار دهد. کار مشهور نیوتن در اولین ویرایش کتابش با عنوان اصول منتشر شد، که معمولاً از آن به عنوان یکی از بزرگترین مقالات علمی ثبت شده یاد می‌شود. نیوتن علاوه بر بیان قوانین حاکم بر حرکت ذرات اولین کسی بود که قانون جاذبه عمومی را به طور صحیح فوموله کرد. با اینکه توصیف ریاضی او دقیق بود، او حس می‌کرد که انتقال خارجی نیروی جاذبه بدون پشتیبانی یک واسطه کار بیهوده ای است. دانشمندانی که پس از دوره نیوتن مشارکت‌های مهمی در توسعه علم مکانیک داشتند عبارتند از: اولر، دالامبر، لاگرانژ، لاپلاس،پوآنسو، کوریولیس، انیشتین و دیگران
از نظر کاربردهای مهندسی دینامیک علم جدیدتری است. فقط از زمانی که ماشینها و سازه هایی با سرعت زیاد و شتاب های قابل توجه به کار افتاده اند محاسبات بر اساس اصول دینامیک در مقایسه با اصول استاتیک ضروری تر شد. امروزه رشد سریع تکنولوژی افزایش کاربردهای اصول مکانیک به ویژه دینامیک را طلب می‌کند. این اصول مبنای تحلیل و طراحی سازه های متحرک، سازه های ثابت با بار ضربه ای، رباتها، سیستمهای کنترل اتوماتیک، راکتها، موشکها، فضاپیماها، وسایل حمل و نقل زمینی و هوایی، بالستیک الکترونیکی در دستگاههای الکتریکی، و انواع ماشینها نظیر توربینها، پمپها، موتورهای پیستونی، بالابرها، ماشینهای ابزار و غیره می‌باشد. دانشجویانی که به یک و یا چند مورد از فعالیتهای مذکور علاقه مند هستند، نیاز مستمر به کارگیری اصول و مبانی دینامیک را در خواهند یافت.
فضا ناحیه هندسی اشغال شده توسط جسم می باشد. موقعیت در فضا بوسیله اندازه‌گیری‌های خطی و زاویه ای نسبت به سیستم مرجع هندسی تعیین می شود. چارچوب اساسی سیستم مرجع در قوانین مکانیک نیوتن عبارت است از سیستم اینرسی اصلی یا دستگاه مرجع نجومی، که سیستم مختصاتی مجازی با محورهای متعامد می‌باشد و فرض می شود که هیچگونه انتقال یا دورانی در فضا نداشته باشد. اندازه‌گیری‌ها نشان می دهند که اعتبار قوانین مکانیک نیوتنی در این سیستم مختصات تا هنگامی است که سرعتها در مقایسه سرعت نور که برابر km/s 000،300 یا mi/s 000،186 می باشد قابل صرفنظر کردن باشند. به اندازه گیری هایی که نسبت به این دستگاه صورت می گیرند مطلق گفته می شود و این سیستم مرجع در فضا «ثابت» در نظر گرفته می شود. دستگاه مرجع الصاقی به سطح زمین دارای حرکت پیچیده ای در سیستم مرجع اصلی است و بنابراین باید بر مبنای اندازه گیریهای انجام شده در دستگاه مرجع روی زمین، تصحیحاتی در معادلات اساسی مکانیک صورت گیرد. مثلاً حرکت مطلق زمین در محاسبه مسیر راکتها و پروازهای فضایی پارامتر مهمی محسوب می‌شود. در بیشتر مسائل مهندسی مربوط ب ماشینها و سازه هایی که بطور ثابت در سطح زمین مستقر شده اند، تصحیحات فوق الذکر کوچک بوده و می توان از آن صرفنظر کرد. در چنین مسائلی قوانین مکانیک را می توان مستقیما در اندازه گیریهای انجام شده نسبت به زمین بکار برد، که در عمل چنین اندازه گیریهای مطلق تلقی می شوند.
زمان عبارت است از سنجش وقایع متوالی که در مکانیک نیوتنی به عنوان کمیت مطلق در نظر گرفته می شود.
قیود حرکت و درجات آزادی
کلاً هر ذره در دو بعد با دو متغیر (درجة آزادی) توصیف می‌شود و در مجموع برای N ذره، احتیاج به N2 درجة آزادی داریم. اما معمولاً این درجات آزادی مستقل از هم نیستند بلکه به گونه ای به یکدیگر مربوط اند. نمونه ای از این ارتباط را در مثال بخش قبل برای حرکت روی سطح شیبدار دیدیم.
کلاً روش سیستماتیکی که برای نوشتن این گونه قیدها وجود دارد آن است که عامل ایجاد آن قید را شناخته و اثر آن را روی درجات آزادی بررسی کنیم. به عنوان مثال:
دو جسم به جرمهای m2 , m1 را به دو سر قرقره ای با طنابی به جرم ناچیز متصل کرده ایم، شتاب حرکت هر یک و نیروی کشش نخ را محاسبه کنید. اگر مسئله، بیشتر از یک جسم داشته باشد برای هر یک جداگانه نمودار جسم آزاد کشیده و معادلات حرکت را بررسی می کنیم:
چون طناب جرم ندارد و T' , T باید مساوی باشند زیرا اختلاف آنها باید صفر شود.
a2 , a1 شتابهای ذرات 1 و 2 هستند.
زیرا قرقره ساکن است T- m1g= m1a1
دو معادلة 1 و 2 دارای سه مجهول هستند T و a2 , a1 T- m2g= m2a2
T''=T+T'=2T