Qu'est-ce que la mécanique exactement ?
La mécanique est la science du mouvement, comme nous l'avons dit. Cette étude des mouvements en physique peut être réalisée dans tous les domaines de la vie, et sur le non-vivant et non-mobile également. Grâce à la mécanique, nous sommes ainsi en mesure de comprendre les phénomènes du mouvement ayant lieu tous les jours, de manière quotidienne, et ainsi de réaliser des prouesses technologiques. Il est vrai que lorsqu'on est enfant, avant même d'avoir eu accès au moindre physique cours, on se demande bien souvent pourquoi le soleil est "dans le ciel", pourquoi la Lune ne s'abat pas sur la Terre, pourquoi un bateau peut effectuer des mouvements au-dessus de l'eau sans s'enfoncer ou encore pourquoi une voiture peut rouler mais ne peut pas voler…
Toutes ces questions trouvent une réponse dans la mécanique. Pourquoi lorsque l'on tombe de quelque part, nous allons systématiquement vers le sol, autrement dit dans un axe descendant ? A cause de la gravité, autre branche de la mécanique du mouvement. La mécanique est une science physique qui traduit donc les phénomènes physiques de mouvement par le biais d'un langage mathématique. Car oui, les maths sont irrémédiablement la partie centrale de la mécanique ! C'est par le biais des fameuses équations que l'on va pouvoir comprendre cette science.
Qu'est-ce que la mécanique permet de faire ?
Grâce à ces calculs et équations de maths, nous sommes en mesure de construire des choses, mais aussi et surtout, de prévoir moult actions.
Ainsi, grâce aux données mécaniques, nous pouvons aisément faire des prévisions quant à la trajectoire d'une fusée après son décollage, mais aussi des prouesses technologiques telles que :
- la modélisation de muscles pneumatiques
- les véhicules avec moteur à air comprimé
- des drones en milieu aquatique
- l'escalator, aussi appelé escalier mécanique ou escalier roulant !
- …
Un peu d'histoire
A présent, et si nous regardions un peu l'histoire de la mécanique, dans les grandes lignes ? Il faut savoir qu'originellement, la mécanique est la science réunissant la physique et l'astronomie, fusion réalisée par le célèbre Newton. Etrange, mais vrai ! De nos jours, nous disons plutôt que la mécanique est une branche de la physique, cependant, au début, il était dit l'inverse. Soit ! Cette science est très très ancienne. Elle étudie aussi bien des moyens de transport terrestres qu'aériens et spatiaux, ainsi que la robotique et les mouvements des fluides (liquides, gazeux…). Aristote, Galilée, Pascal, Newton puis Jacobi et Poincaré furent les savants physiciens ayant le plus travaillé sur la question de la mécanique.
C'est en effet Aristote qui, le premier, posa les jalons de cette science fondamentale qu'est la mécanique : tous les corps de l'Univers se meuvent en fonction d'une sorte de "premier moteur", un endroit vers lequel les corps sont en quelque sorte attirés pour atteindre l'immobilité… Il n'était pas si loin de la vérité !
Les branches de la mécanique
Vous l'avez bien compris, la mécanique ne se limite absolument pas au métier de mécanicien… Tout comme l'étude des sons ne se limite pas à la musique… Il faut en effet y ajouter un grand nombre d'autres branches en tant que sous-catégories de la mécanique en physique :
- la mécanique dite "classique", aussi appelée mécanique newtonienne : l'étude du mouvement en lui-même, étude cinématique
- la mécanique statistique : les gaz et autres systèmes dotés de beaucoup de composants
- la mécanique quantique : la mécanique des particules
- la mécanique relativiste : la mécanique des systèmes se déplaçant vite, comme la lumière
- la mécanique acoustique : les mouvements de vibration
- la mécanique physique : la mécanique des fluides (déformations)…
- la mécanique céleste : la mécanique des corps célestes
- la biomécanique : la déformation des corps vivants
- …
Comment décrire une action mécanique ?
En mécanique, ce qu'il faut savoir avant tout c'est que deux notions sont fondamentales pour bien comprendre l'ensemble : la notion d'action mécanique et la notion de force. Ces deux notions sont fondamentales pour comprendre la mécanique. On dit que les actions qui s'exercent sur les objets sont des actions mécaniques. Une action mécanique se produit lorsqu'un "système", comme on l'appelle, autrement dit un élément, modifie le mouvement d'un autre dans sa trajectoire. Ces deux systèmes, ces deux corps donc, vivants ou non, exercent une action.
La présence d'un corps modifie alors la trajectoire de l'autre, ayant ainsi une influence dans la suite de sa trajectoire. Or, on dit que cette action mécanique est modélisée par une force, que l'on note F avec une icône de flèche au-dessus du F majuscule. En réalité, en physique mécanique, la force est un vecteur, utilisée pour les équations de mécanique.
L'action mécanique peut soit provoquer un mouvement soit le modifier, comme on l'a vu, mais également le déformer. On distingue deux actions mécaniques en physique : l'action mécanique dite de contact, et l'action mécanique à distance. La première, l'action mécanique de contact, a lieu lorsque deux corps, deux éléments, doivent nécessairement entrer en contact pour que l'action ait lieu. La seconde, l'action mécanique à distance, ne nécessite pas que les corps soient en contact. Le meilleur exemple d'une action à distance est la force gravitationnelle de la Terre, faisant en sorte que tous les corps et objets soient attirés en son centre.
Finalement, qu'est-ce qu'une force ?
Nous l'avons un peu expliqué déjà, mais sans vraiment rentrer dans les détails. Une force, en physique mécanique, est due à la gravité, en attirant ou au contraire en repoussant quelque chose vers une deuxième chose. La force, représentée en "maths de la mécanique" donc par ce que l'on nomme un vecteur, possède un total de trois propriétés caractéristiques :
- la direction (la direction de l'action mécanique) : est-ce une droite ? Une courbe ? Un cercle ?
- le sens de l'action mécanique : l'orientation du sens de la direction (vers le bas, vers le haut, la droite… ?)
- la valeur de l'action, sa norme : exprimée en Newton (N)
Dans ce type d'action mécanique, il y a toujours un acteur (qui provoque) de la force et un receveur (qui subit) de la force.
Comment décrire un mouvement mécanique
Finalement, chaque "système", chaque objet relatif à une force donc, est l'objet d'étude de la mécanique. Pour travailler sur ses coordonnées et ainsi déterminer ce que sera sa future trajectoire, il nous faut établir des courbes notant ses différentes positions à différents moments T. Les coordonnées géographiques évoluent bien entendu selon le temps, et on appelle les coordonnées X, Y et Z en mécanique. On parle de position, de vitesse et d'accélération d'un point de ce système.
En mécanique, on étudie à la fois la forme de la trajectoire et l'évolution de la vitesse du système. Trois types de formes de trajectoires sont possibles en mécanique :
- le mouvement est droit, donc la trajectoire est dite droite, si la figure représentée en reliant les différents points du système est une droite
- le mouvement est circulaire, donc la trajectoire est dite circulaire, si la figure représentée est un arc de cercle, ou un cercle
- le mouvement est curviligne, et donc la trajectoire est dite curviligne, si la figure représentée est une courbe.
De même, la vitesse du mouvement du système en question peut :
- être constante si la distance entre ses différents points reliés ne varie absolument pas et reste la même : il s'agit d'un mouvement uniforme du système
- augmenter si la distance entre les points augmente : on dit alors que le mouvement est accéléré
- diminuer si la distance entre les points diminue : on dit ici que le mouvement est ralenti
Le point (M) est calculé en fonction d'un repère. Quand on est en trois dimensions, on calcule en fonction de trois axes. O est le centre du repère et les trois axes sont donc X, Y et Z. Les coordonnées du point M sont les axes X, Y et Z : X représente les coordonnées du point M sur l'axe OX, Y sur l'axe OY et Z sur l'axe OZ. Pour étudier l'électricité et le magnétisme, il faut également avoir des connaissances en maths !
Vitesse moyenne et vitesse instantanée d'un mouvement
La vitesse est égale au rapport d'une distance par une durée. La vitesse moyenne est calculée sur une "longue" période, en tant que moyenne. Par contre, la vitesse instantanée est la vitesse à un certain moment précis (un point précis).
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