الميكانيكا التطبيقية

الميكانيكا التطبيقية هي فرع من العلوم يهتم بدراسة حركة أي مادة يمكن للإنسان إدراكها أو الشعور بها دون استخدام أدوات. ^{[ 1 ]} باختصار، عندما تتجاوز مفاهيم الميكانيكا كونها نظرية وتُطبَّق عمليًا، تتحول الميكانيكا العامة إلى ميكانيكا تطبيقية. هذا الاختلاف الجوهري هو ما يجعل فهم الميكانيكا التطبيقية ضروريًا للحياة اليومية العملية. ^{[ 2 ]} ولها تطبيقات عديدة في مجالات وتخصصات متنوعة، تشمل على سبيل المثال لا الحصر: الهندسة الإنشائية ، وعلم الفلك ، وعلم المحيطات ، والأرصاد الجوية ، والهيدروليكا ، والهندسة الميكانيكية ، وهندسة الطيران والفضاء ، وتقنية النانو ، والتصميم الإنشائي ، وهندسة الزلازل ، وديناميكا الموائع ، وعلوم الكواكب ، وغيرها من علوم الحياة. ^{[ 3 ] [ 4 ]} وبربطها بين الأبحاث في العديد من التخصصات، تلعب الميكانيكا التطبيقية دورًا هامًا في كل من العلوم والهندسة . ^{[ 1 ]}

يصف علم الميكانيكا البحتة استجابة الأجسام (الصلبة والسائلة) أو أنظمة الأجسام للسلوك الخارجي للجسم، سواء كان في حالة سكون أو حركة، تحت تأثير القوى. أما علم الميكانيكا التطبيقية فيربط بين النظرية الفيزيائية وتطبيقاتها في التكنولوجيا .

يمكن تقسيم الميكانيكا التطبيقية إلى ميكانيكا الجسيمات (ميكانيكا الأجسام العيانية التي تُنمذج كجسيمات نقطية )، وميكانيكا الأجسام الصلبة (ميكانيكا الأجسام العيانية غير القابلة للتشوه ذات الشكل المحدد)، وميكانيكا المواد الصلبة (ميكانيكا المواد الصلبة العيانية القابلة للتشوه ، بما في ذلك التشوه المرن واللدن ) ، وميكانيكا الموائع (ميكانيكا الموائع العيانية). وينقسم كل فرع من فروع الميكانيكا التطبيقية إلى علم السكون (دراسة الأجسام التي لا تؤثر عليها قوة أو عزم دوران محصل)، وعلم الحركة (دراسة الأجسام التي تؤثر عليها قوة أو عزم دوران محصل).

في العلوم التطبيقية، تُعدّ الميكانيكا التطبيقية مفيدة في صياغة أفكار ونظريات جديدة، واكتشاف الظواهر وتفسيرها، وتطوير الأدوات التجريبية والحسابية. ^{[ 5 ]} وفي تطبيقات العلوم الطبيعية ، قيل إن الميكانيكا تُكمَّل بالديناميكا الحرارية ، وهي دراسة الحرارة والطاقة بشكل عام ، والكهروميكانيكا ، وهي دراسة الكهرباء والمغناطيسية .

تُعالج المشكلات الهندسية عمومًا باستخدام الميكانيكا التطبيقية من خلال تطبيق نظريات الميكانيكا الكلاسيكية وميكانيكا الموائع . ^{[ 4 ]} ولأن الميكانيكا التطبيقية قابلة للتطبيق في تخصصات هندسية مثل الهندسة المدنية ، والهندسة الميكانيكية ، وهندسة الطيران ، وهندسة المواد، والهندسة الطبية الحيوية ، يُشار إليها أحيانًا باسم الميكانيكا الهندسية. ^{[ 4 ]}

تتداخل العلوم والهندسة فيما يتعلق بالميكانيكا التطبيقية، إذ ترتبط الأبحاث العلمية بعمليات البحث في تخصصات الهندسة المدنية والميكانيكية وهندسة الطيران والفضاء وهندسة المواد والهندسة الطبية الحيوية. ^{[ 1 ]} في الهندسة المدنية ، يمكن تطبيق مفاهيم الميكانيكا التطبيقية على التصميم الإنشائي ومجموعة متنوعة من المواضيع الهندسية الفرعية مثل الهندسة الإنشائية والساحلية والجيوتقنية وهندسة البناء وهندسة الزلازل . ^{[ 4 ]} في الهندسة الميكانيكية ، يمكن تطبيقها في الميكاترونيات والروبوتات ، والتصميم والرسم الهندسي، وتكنولوجيا النانو ، وعناصر الآلات، والتحليل الإنشائي، ولحام الاحتكاك التحريكي، والهندسة الصوتية . ^{[ 4 ]} في هندسة الطيران والفضاء ، تُستخدم الميكانيكا التطبيقية في الديناميكا الهوائية، وميكانيكا هياكل الطيران والفضاء، والدفع، وتصميم الطائرات، وميكانيكا الطيران. ^{[ 4 ]} في هندسة المواد، تُستخدم مفاهيم الميكانيكا التطبيقية في المرونة الحرارية، ونظرية المرونة ، وآليات الكسر والفشل، وتحسين التصميم الإنشائي، والكسر والإجهاد، والمواد الفعالة والمركبات، والميكانيكا الحسابية. ^{[ 6 ]} يمكن ربط البحوث في الميكانيكا التطبيقية بشكل مباشر بمجالات الهندسة الطبية الحيوية ذات الأهمية مثل جراحة العظام؛ والميكانيكا الحيوية؛ وتحليل حركة جسم الإنسان؛ ونمذجة الأنسجة الرخوة للعضلات والأوتار والأربطة والغضاريف؛ وميكانيكا السوائل الحيوية؛ والأنظمة الديناميكية، وتحسين الأداء، والتحكم الأمثل. ^{[ 7 ]}

كان علم الميكانيكا أول علم يستند نظريًا إلى الرياضيات ؛ وقد وضع إسحاق نيوتن المبادئ الأساسية للميكانيكا لأول مرة في كتابه "الفلسفة الطبيعية: المبادئ الرياضية" (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) عام 1687 ^{[ 3 ]} . ومن أوائل الأعمال التي عرّفت الميكانيكا التطبيقية كعلم مستقل، كتاب " دليل الميكانيكا" (Handbuch der Mechanik) المكون من ثلاثة مجلدات ، والذي ألفه الفيزيائي والمهندس الألماني فرانز جوزيف غيرستنر ^{[ 8 ]} . وكان أول عمل رائد في الميكانيكا التطبيقية يُنشر باللغة الإنجليزية هو " دليل الميكانيكا التطبيقية" (A Manual of Applied Mechanics) عام 1858، من تأليف المهندس الميكانيكي الإنجليزي ويليام رانكين ^{[ 8 ] [ 9 ]} . وفي عام 1898، نشر أوغست فوبل ، المهندس الميكانيكي والأستاذ الألماني، كتاب " محاضرات في الميكانيكا التقنية" (Vorlesungen über technische Mechanik)، والذي أدخل فيه حساب التفاضل والتكامل إلى دراسة الميكانيكا التطبيقية ^{[ 8 ] .}

تأسست الميكانيكا التطبيقية كتخصص منفصل عن الميكانيكا الكلاسيكية في أوائل عشرينيات القرن العشرين مع نشر مجلة الرياضيات التطبيقية والميكانيكا ، وإنشاء جمعية الرياضيات التطبيقية والميكانيكا، والاجتماع الأول للمؤتمر الدولي للميكانيكا التطبيقية . ^{[ 1 ]} في عام 1921، بدأ العالم النمساوي ريتشارد فون ميزس مجلة الرياضيات التطبيقية والميكانيكا ( Zeitschrift für Angewante Mathematik und Mechanik )، وفي عام 1922 أسس مع العالم الألماني لودفيج براندتل جمعية الرياضيات التطبيقية والميكانيكا ( Gesellschaft für Angewandte Mathematik und Mechanik ). ^{[ 1 ]} خلال مؤتمر عُقد عام 1922 حول الديناميكا المائية والديناميكا الهوائية في إنسبروك ، النمسا، التقى المهندس المجري تيودور فون كارمان ، وعالم الرياضيات الإيطالي توليو ليفي-سيفيتا ، وقررا تنظيم مؤتمر حول الميكانيكا التطبيقية. ^{[ 1 ]} في عام 1924، عُقد الاجتماع الأول للمؤتمر الدولي للميكانيكا التطبيقية في دلفت ، هولندا، وحضره أكثر من 200 عالم من جميع أنحاء العالم. ^{[ 1 ] [ 3 ]} منذ ذلك الاجتماع الأول، يُعقد المؤتمر كل أربع سنوات، باستثناء فترة الحرب العالمية الثانية ؛ وتم تغيير اسم المؤتمر إلى المؤتمر الدولي للميكانيكا النظرية والتطبيقية في عام 1960. ^{[ 1 ]}

Due to the unpredictable political landscape in Europe after the First World War and upheaval of World War II many European scientist and engineers emigrated to the United States.^[1] Ukrainian engineer Stephan Timoshenko fled the Bolsheviks Red Army in 1918 and eventually emigrated to the U.S. in 1922; over the next twenty-two years he taught applied mechanics at the University of Michigan and Stanford University.^[10] Timoshenko authored thirteen textbooks in applied mechanics, many considered the gold standard in their fields; he also founded the Applied Mechanics Division of the American Society of Mechanical Engineers in 1927 and is considered “America’s Father of Engineering Mechanics.”^[10] In 1930 Theodore von Kármán left Germany and became the first director of the Aeronautical Laboratory at the California Institute of Technology; von Kármán would later co-found the Jet Propulsion Laboratory in 1944.^[1] With the leadership of Timoshenko and von Kármán, the influx of talent from Europe, and the rapid growth of the aeronautical and defense industries, applied mechanics became a mature discipline in the U.S. by 1950.^[1]

الميكانيكا التطبيقية هي نتيجة للتطبيقات العملية لمختلف التخصصات الهندسية/الميكانيكية؛ كما هو موضح في الجدول أدناه. ^{[ 4 ]}

يستند هذا القسم إلى "مخطط تصنيف موضوع AMR" من مجلة Applied Mechanics Reviews ^{[ 12 ]} .

• الهندسة الكهربائية
• الهندسة المدنية
• الهندسة الميكانيكية
• الهندسة النووية
• الهندسة المعمارية
• الهندسة الكيميائية
• هندسة البترول

• مجلة الرياضيات التطبيقية والميكانيكا
• نشرات قسم الميكانيكا التطبيقية
• مجلة الميكانيكا التطبيقية
• مراجعات الميكانيكا التطبيقية
• الميكانيكا التطبيقية
• المجلة الفصلية للميكانيكا والرياضيات التطبيقية
• مجلة الرياضيات التطبيقية والميكانيكا (PMM)
• Gesellschaft für Angewandte الرياضيات والميكانيكا
• أكتا ميكانيكا سينيكا

• جي بي دين هارتوغ ، قوة المواد ، دوفر، نيويورك، 1949.
• FP Beer ، ER Johnston، JT DeWolf، ميكانيكا المواد ، McGraw-Hill، نيويورك، 1981.
• SP Timoshenko, History of Strength of Materials , Dover, New York, 1953.
• جي إي جوردون ، العلم الجديد للمواد القوية ، برينستون، 1984.
• إتش. بيتروسكي، الهندسة هي الإنسانية ، سانت مارتن، 1985.
• تي إيه ماكماهون وجيه تي بونر، حول الحجم والحياة ، مكتبة ساينتفك أمريكان، دبليو إتش فريمان، 1983.
• إم إف آشبي ، اختيار المواد في التصميم ، بيرغامون، 1992.
• AH Cottrell، الخصائص الميكانيكية للمادة ، وايلي، نيويورك، 1964.
• SA Wainwright, WD Biggs, JD Organisms , Edward Arnold, 1976.
• إس. فوغل، علم الميكانيكا الحيوية المقارن ، برينستون، 2003.
• ج. هوارد، ميكانيكا البروتينات الحركية والهيكل الخلوي ، سيناور أسوشيتس، 2001.
• JL Meriam, LG Kraige. Engineering Mechanics Volume 2: Dynamics , John Wiley & Sons., New York, 1986.
• JL Meriam, LG Kraige. Engineering Mechanics Volume 1: Statics , John Wiley & Sons., New York, 1986.

محاضرات فيديو وعبر الإنترنت

• محاضرات فيديو وملاحظات ويب في ميكانيكا الهندسة
• محاضرات فيديو في الميكانيكا التطبيقية يقدمها الأستاذ إس كيه غوبتا، قسم الميكانيكا التطبيقية، المعهد الهندي للتكنولوجيا في دلهي