Podstawowe działy mechaniki w fizyce opisujace ruch ciał (kinematyka), wpływ oddziaływań na ruch ciał (dynamika), oraz badaniem równowagi ciał materialnych (statyka). Podstawowe działy mechaniki nazywamy także mechaniką klasyczną. Mechanika klasyczna oparta jest na prawach ruchu (zasadach dynamiki) sformułowanych przez Isaaca Newtona, dlatego też jest ona nazywana „mechaniką Newtona”. Podstawowe działy mechaniki wyjaśniają poprawne zachowanie się większości ciał w naszym otoczeniu. Mechanika dzieli się na mechanikę relatywistyczną i mechanikę kwantową. Mechanika relatywistyczna jest to ogólna teoria względości, opisująca zachowanie się obiektów poruszających się z prędkością porównywalną z prędkością światła. Mechanika kwantowa jest to mechanika opisująca zachowanie się mikroskopijnych obiektów np. cząstek, atomów, cząstek elementarnych.

Kinematyka to nauka o ruchu. Ruch jest naturalnym i powszechnym zjawiskiem występującym w przyrodzie. Opisujemy go za pomocą pojęć wprowadzonych w XVII wieku przez Galileusza. Najważniejszą cechą ruchu jest jego względność. Ze względu na własności kinematyczne ruch dzieli się na prostoliniowy, krzywoliniowy itp. Ze względu na własności dynamiczne ruch w inercjalnych układach odniesienia dzieli się na jednostajny, niejednostajny, jednostajnie przyspieszony i niejednostajnie przyspieszony. Ruch jest względny, ponieważ w zależności od przyjętego układu odniesienia to samo ciało może być równocześnie w ruchu i w spoczynku. Układem odniesienia może być dowolne ciało lub układ ciał. Ruch to zmiana położenia względem przyjętego układu odniesienia. Położenie ciała opisujemy przez podanie współrzędnych (x, y, z), dlategoz układem odniesienia wiążemy układ współrzędnych (X, Y, Z). Ciało przyjęte jako układ odniesienia jest wtedy reprezentowane przez początek układu współrzędnych (0, 0, 0).

Przykład:

Pasażer samochodu jest w spoczynku względem kierowcy (nie zmienia położenia względem niego), ale jest w ruchu względem drzewa stojącego na drodze (zmienia położenie względem drzewa). Z kolei drzewo jest w ruchu względem samochodu, ponieważ zmienia położenie w układzie współrzędnych związanym z samochodem.



Dynamika to dział mechaniki zajmujący się ruchem ciał materialnych pod działaniem sił. Głównym zadaniem dynamiki jest opis ruchu ciał pod działaniem samych sił. Do tego służą trzy rodzaje dynamicznych równań ruchu. W zależności od tego, jakim modelem mechanicznym dynamika się zajmuje, wyróżniamy dynamikę punktu materialnego, bryły sztywnej, dynamike płynów itp. Ogólne zasady dynamiki sformułował Newton, w swoim dziele "Principia" – były to trzy zasady dynamiki rzadzące ruchem ciał (punktów materialnych).

Statyka to drugi po kinetyce dział dynamiki (będącej działem mechaniki), zajmujący się równowagą układów sił działających na ciało pozostające w spoczynku lub poruszające się ruchem jednostajnym i prostoliniowym. W przeciwieństwie do kinetyki, statyka zajmuje się zrównoważonymi układami, w których nie powstają siły bezwładności.

Zestaw trzech zasad dynamiki, podany przez angielskiego fizyka Isaaca Newtona był odkryciem o niezwykłym znaczeniu dla rozwoju całej ludzkości. Właściwie trudno jest znaleźć jakikolwiek inny wynalazek, teorię, wydarzenie o porównywalnym znaczeniu. Dzięki tym prostym trzem zasadom powstała niemal cała klasyczna mechanika i technika - a w konsekwencji cały wspaniały świat w jakim żyjemy aktualnie. Bo właśnie dzięki nim większość zjawisk z obserwowanego wokół nas świata stało się wreszcie zrozumiała. Zasady dynamiki są trzy, jednak trudno mówić o nich oddzielnie. Żadna z nich nie ma sensu, gdyby ją rozpatrywać osobno. To, że zostały tak „ponumerowane” wcale nie oznacza, że powinno się ich uczyć po kolei. W rzeczywistości I i II zasada są pewną całością i powinny być rozpatrywane razem, a III zasada jest pewnym dodatkiem, który ukazuje głębszy sens pojęcia siły oraz daje wskazówki jak stosować II zasadę w większości sytuacji. Zasady dynamiki posługują się pojęciem siły. Pojęcie to jest kluczem do wszystkich trzech zasad. Lub inaczej - można by powiedzieć, że zastosowanie tego pojęcia jest osią wokół której kręci się cała konstrukcja. Zasady dynamiki zostały podane po raz pierwszy w największym dziele Izaaka Newtona - słynnymPhilosophiae naturalis principia mathematica ("Matematyczne podstawy filozofii przyrody") opublikowanym w roku 1687. Dzięki sformułowaniu owych 3 zasad powstała nowoczesna fizyka. Nagle okazało się, że prawie wszystko co nas otacza daje się sprowadzić do pewnych uniwersalnych praw, daje się zrozumieć. Bez przesady można powiedzieć, że Newton jest w pewnym sensie twórcą dzisiejszego kształtu europejskiej cywilizacji.

I zasada dynamiki Newtona - zasada bezwładności

I zasada dynamiki Newtona brzmi: Ciało, na które nie działają żadne siły, lub działają siły, których wypadkowa jest równa zero, pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem prostoliniowym ze stałą szybkością.

Bezwładność ciał jest to dążenie ciała do zachowania kierunku, zwrotu i wartości prędkości w ruchu. Miarą bezwładności ciał jest ich masa.

Zasada bezwładności określa układy inercjalne, czyli układy poruszające się ze stałą prędkością u = const. Układy takie są to układy, w których zasada bezwładności jest spełniona - ciała zachowują kierunek i zwrot ruchu oraz wartość prędkości.

II zasada dynamiki Newtona

II zasada dynamiki Newtona brzmi: Ciało pod wpływem działania siły doznaje przyspieszenia, którego kierunek z zwrot jest zgodny z kierunkiem i zwrotem działającej siły, a wartość proporcjonalna do iloczynu wartości siły i masy ciała: a = F/m

II zasada Dynamiki Newtona mówi, jak zachowują się ciała, gdy działa na nie pewna wypadkowa siła. Określa ona wartość przyspieszenia, z jakim będzie się poruszać ciało pod wpływem działającej siły.

II zasada dynamiki Newtona określa także wartość siły, jaka musi działać na ciało o masie m, aby nadać mu przyspieszenie a: F = ma. Masa jest miarą bezwładności: im większa masa, tym większa siła jest potrzebna, aby zmienić tor ruchu ciała.

III zasada dynamiki Newtona - zasada akcji i reakcji

III zasada dynamiki Newtona brzmi: Jeżeli ciało A działa na ciało B pewną siłą, to ciało B działa na ciało A siłą o takiej samej wartości takim samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Siły te nie równoważą się, ponieważ mają różne punkty przyłożenia.

Zasada ta mówi, że siłę na ciało może wywierać tylko inne ciało, a także, że oba ciała, niezależnie od ich masy, działają na siebie z taką samą siłą. Kamień przyciąga Ziemię z taką samą siłą jak Ziemia kamień. Ziemia ma większą masę (większą bezwładność), więc jej ruch nie ulega zmianie. Kamień ma małą masę (małą bezwładność), więc jest przyciągany przez Ziemię z przyspieszeniem ziemskim.

Punkt materialny- jest to ciało fizyczne obdarzone masą, ale mające tak małe rozmiary, że w opisie matematycznym zjawiska dane ciało można potraktować jak punkt geometryczny. W zależności od problemu punktem materialnym może być:

-kamień rzucony pod pewnym kątem do powierzchni Ziemi – jego rozmiary są nieistotne w porówaniu z odległością jaką przebędzie i dokładnością pomiarów.

-statek na morzu – jego rozmiary są nieistotne w porównaniu z rozmiarami morza.

-Ziemia poruszająca się po orbicie wokół Słońca – jej wymiary są nieistotne w porówaniu z promieniem orbity.

Punktem materialnym umownie nazywa się ciało posiadające masę, ale nie mające objętości. Zatem ciało takie nie może obraca się wokół własnej osi ani wykonywać ruchu drgającego.

W opisie ruchu punku materialnego pojawiają się następujące wielkości: przemieszczenie, prędkość i przyspieszenie.

Prędkość określa szybkość zmiany położenia punku materialnego w danym czasie.

Prędkość jest wielkością wektorową. Wyróżnia się prędkość średnią i prędkość chwilową.

Jeżeli ruch punktu materialnego odbywa się w ten sposób, że jego prędkość średnia w różnych przedziałach czasu nie jest jednakowa, wtedy wprowadza się pojęcie prędkości chwilowej.

Gdy prędkość punktu zmienia się jednostajnie w czasie to porusza się ono ze stałym przyspieszeniem. Jeśli jest ono większe od zera to jest to ruch jednostajnie przyspieszony, a jeśli mniejsze to jednostajnie opóźniony.

Przyspieszenie można zdefiniować jako szybkość zmian prędkości ciała w czasie.

I podobnie jak w przypadku prędkości, jeśli przyspieszenie zmienia się w czasie to konieczne jest wprowadzenie przyspieszenia chwilowego.