MKL1888:Mechānik

Mechānik (griech., von mēchanē, Werkzeug, Maschine), die Wissenschaft von den Gesetzen des Gleichgewichts und der Bewegung der Körper. Sie zerfällt in die Statik oder die Lehre vom Gleichgewicht und in die Dynamik oder die Lehre von der Bewegung der Körper. Die rein mathematische Bewegungslehre wird auch Kinematik oder Phoronomie genannt. Über den Inhalt der Statik, Dynamik und Kinematik s. d. Die wissenschaftliche M. beruht auf wenigen einfachen, auf Erfahrung begründeten Grundgesetzen, welche als „Prinzipien der M.“ bezeichnet werden und zuerst von Galilei erkannt und von Newton in seinem berühmten Werk „Philosophiae naturalis principia mathematica“ mit voller Schärfe ausgesprochen und als Grundlage der systematischen Entwickelung der M. hingestellt wurden. Die Gesetze sind, mit Newtons eignen Worten, die folgenden drei: 1) Das Gesetz der Trägheit oder des Beharrungsvermögens: „Jeder Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung in geradliniger Bahn, solange er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern“. 2) „Die Änderung der Bewegung ist der einwirkenden Kraft proportional und findet in der Richtung der Geraden statt, in welcher die Kraft einwirkt.“ Aus diesem Gesetz ergibt sich als Folgerung der Satz vom „Parallelogramm der Kräfte“, nach welchem zwei Kräfte (Komponenten), die an einem Punkt angreifen, durch eine einzige Kraft (Resultante) ersetzt werden können, welche der Größe und Richtung nach der Diagonale des aus den Komponenten konstruierten Parallelogramms gleich ist. 3) Gesetz der Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung: „Bei jeder Wirkung ist immer eine gleiche und entgegengesetzte Gegenwirkung vorhanden, oder die Wirkungen, welche irgend zwei Körper aufeinander ausüben, sind immer gleich und entgegengesetzt gerichtet“. Zu diesen drei Newtonschen Prinzipien kommt noch 4) das Prinzip der Erhaltung der Energie (s. Kraft), welches zwar auch schon von Newton geahnt, aber erst in neuerer Zeit nach Entdeckung der Äquivalenz von Arbeit und Wärme in seiner vollen Tragweite erkannt wurde. – Die ersten geschichtlichen Anfänge der M. entsprangen ohne Zweifel dem praktischen Bedürfnis. Daß schon die Ägypter und andre Nationen des Altertums beträchtliche Kenntnisse in der praktischen M. besessen haben müssen, beweist der Bau der Pyramiden, die Errichtung der Obelisken und andrer Bauwerke, welche die Hebung und Fortbewegung großer Lasten durch kleine Kräfte nötig machten. Die theoretische M. aber entwickelte sich zuerst bei den Griechen, unter welchen Archimedes (gest. 212 v. Chr.) als ihr Begründer anzusehen ist; er entdeckte das Hebelgesetz, den Auftrieb der Flüssigkeiten und ist der Urheber der Idee vom Schwerpunkt. Von seinen praktischen Erfindungen sind besonders der Flaschenzug (Polyspast), die Schraube ohne Ende und das Aräometer hervorzuheben. Unter den alexandrinischen Gelehrten haben sich namentlich Ktesibios und sein Schüler Heron um die M. verdient gemacht; der letztere führte alle mechanischen Vorrichtungen auf die Theorie des Hebels zurück, konstruierte verschiedene aus Hebeln und Zahnrädern zusammengesetzte Maschinen und erfand mehrere noch heute nach ihm benannte Apparate (Heronsball, Heronsbrunnen, Äolipile). In spätern Zeiten haben sich Isidorus von Milet, Anthemius und der jüngere Heron durch Erfindung von Kriegsmaschinen hervorgethan. Im Mittelalter scheinen die mechanischen Wissenschaften gänzlich in Vergessenheit geraten zu sein; man findet weder bei den Arabern noch im Abendland Spuren von mechanischen Kenntnissen. Selbst im 16. Jahrh. waren die Fortschritte der theoretischen M. noch unbedeutend. Doch ward die Statik von Guido Ubaldi und Marchese del Monte mit ziemlichem Glück bearbeitet und ganz auf das Gesetz des Hebels zurückgeführt; auch fand Tartalea einige richtige Sätze der Lehre von den geworfenen Körpern. Simon Stevinus entdeckte das Gesetz des Gleichgewichts auf der schiefen Ebene, erfand die sinnreiche Methode, die Größe der Kräfte durch gerade, ihrer Richtung parallel laufende Linien auszudrücken, und kam dadurch auf den Satz des Gleichgewichts zwischen drei Kräften (Parallelogramm der Kräfte). Die glänzende Epoche der M. aber beginnt mit Galilei, der durch die Entdeckung der Fallgesetze den Grund zur höhern oder analytischen M. legte, von der er schon selbst einige Lehren, z. B. vom parabolischen Wege geworfener Körper, von der Bewegung der Pendel, vom Widerstand fester Körper, entwickelte. In der ersten Hälfte des 17. Jahrh. wurde die höhere M. durch Torricelli, Baliani, Borelli in Italien sowie durch Roberval und Descartes in Frankreich weiter ausgebildet. Huygens wandte zuerst das Pendel an, um den Gang der Uhren gleichförmig zu machen, entdeckte die merkwürdigen Eigenschaften, welche der Cykloide hierbei zukommen, erweiterte und berichtigte die Theorien vom Mittelpunkt des Schwunges und des Stoßes und entdeckte die Gesetze über die Zentralbewegung. Endlich vollendete Newton durch seine Entdeckungen das Gebäude der höhern M. Er behandelte die Lehre von den krummlinigen Zentralbewegungen in der größten Allgemeinheit und entwarf zuerst eine vollständige Theorie der Bewegungen in widerstehenden Mitteln. Er unterschied zuerst die höhere M. ausdrücklich von der gemeinen oder der Maschinenlehre, und seitdem hat man den Unterschied genau zu beobachten fortgefahren. Von nun an ward die höhere M. mit Hilfe der Rechnung des Unendlichen immer ansehnlicher erweitert. Man pflegte sich damals Aufgaben vorzulegen, an deren Auflösung die Mathematiker ihre Methoden prüfen konnten. Dahin gehören die mechanischen Probleme von den isochronischen Kurven, der Kettenlinie, der elastischen Kurve, der Linie des kürzesten Falles, der Figur des kleinsten Widerstandes etc., woran Huygens, Leibniz, Jakob und Johann Bernoulli, L’Hôpital, Fatio de Duillier, Saurin u. a. ihre Kräfte übten. Hermann trug die Lehren der höhern M. synthetisch, Euler hingegen analytisch vor. D’Alembert prüfte die Fundamente, auf welchen das ganze Gebäude der M. beruht, und suchte dieselben strenger zu begründen. Lagrange leitet in seiner „Mécanique analytique“ die ganze Statik und Dynamik aus einer einzigen Grundformel ab; Laplace wendete in seiner „Mécanique céleste“ die Bewegungsgesetze auf das Planetensystem an. Die analytische M. wurde ferner noch durch Poisson und Poinsot, durch Hamilton, Green und Maxwell, durch Gauß, Jacobi und Kirchhoff wesentlich gefördert. Auch die Maschinenlehre hat seit Newton eine neue Gestalt gewonnen. In England zeichneten sich in der angewandten M. D. Hook und Desaguliers, in Frankreich Hautefeuille, Varignon, de la Hire, Amontons, Parent, Camus u. a., in Deutschland Eytelwein, Redtenbacher und Reuleaux aus. Vgl. Laplace, Mécanique céleste (Par. 1799–1825; neue Ausg. 1843); Poisson, Traité de mécanique (das. 1819, 2. Aufl. 1833); Euler, Mechanica, s. Motus scientia (Petersb. 1736); Lagrange, Mécanique analytique (Par. 1788, 3. Aufl. 1853–1855; ferner in der neuen Ausgabe seiner Werke 1867 ff.); Möbius, M. des Himmels (Leipz. 1843); Duhamel, Lehrbuch der analytischen M. (bearbeitet von Schlömilch, 2. Aufl., das. 1861, 2 Bde.); Schell, Theorie der Bewegung und der Kräfte (2. Aufl., das. 1879–80, 2 Bde.); Jacobi, Vorlesungen über Dynamik (hrsg. von Clebsch, 2. Ausg., Berl. 1884); Kirchhoff, Vorlesungen über mathematische Physik: M. (3. Aufl., Leipz. 1883); Schellen, Die Schule der Elementarmechanik (4. Aufl., Braunschw. 1878); Weisbach, Lehrbuch der Ingenieur- und Maschinenmechanik (5. Aufl., das. 1872 ff.); Decher, Handbuch der rationellen M. (Augsb. 1851–61, 4 Bde.); Henneberg und Smreker, Lehrbuch der technischen M. (Darmst. 1886 ff.); Mach, Die M. in ihrer Entwickelung (das. 1883); Dühring, Kritische Geschichte der allgem. Prinzipien der M. (3. Aufl., Leipz. 1887).

Mechānik (engl. action), bei Musikinstrumenten die mehr oder minder komplizierte innere Einrichtung, besonders der Klaviere, Orgeln, Orchestrions etc. Über die M. der ältern Arten der Klaviere (Klavichord, Klavicimbal) sowie über die Unterschiede der englischen (Silbermannschen, Cristoforischen) und deutschen (Wiener, Steinschen) M., über Erards Repetitionsmechanik etc. s. Klavier, S. 817.