دینامیک چیست؟
دینامیک از واژه لاتین به معنی حرکت‌شناسی گرفته شده‌است و شاخه‌ای از مکانیک و علوم مهندسی است که به بحث و مطالعه دلایل حرکت و به بیانی دقیق بررسی حرکت به کمک نیروها و قوانین مربوط می‌پردازد.
در حالت کلی حرکت یک ذره از دو دیدگاه مختلف می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد به بیان دیگر می‌توان گفت، به‌طور کلی دینامیک که در آن حرکت اجسام مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد، شامل دو قسمت سینماتیک و سینتیک است. در بخش سینماتیک از علت حرکت بحثی به میان نمی‌آید و حرکت بدون توجه به عامل ایجادکننده آن بررسی می‌شود؛ بنابراین در سینماتیک حرکت بحث بیشتر جنبه هندسی دارد.
اما در سینتیک علتهای حرکت مورد توجه قرار می‌گیرند. یعنی هر ذره یا جسم همواره در ارتباط با محیط اطراف خود و متأثر از آن‌ها فرض می‌شود محیط اطراف حرکت را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال فرض کنید، جسمی با جرم معین بر روی یک سطح افقی در حال لغزش است.
عوامل موثر در دینامیک
حرکت یک ذره معین را ماهیت و آرایش اجسام دیگری که محیط ذره را تشکیل می‌دهند، مشخص می‌کند. تأثیر محیط اطراف بر حرکت ذره با اعمال نیرو صورت می‌گیرد؛ بنابراین مهم‌ترین عاملی که در حرکت ذره باید مورد توجه قرار گیرد، نیروهای وارد بر ذره و قوانین حاکم بر این نیروها میباشد.
قوانین حاکم بر دینامیک
قانون اول نیوتن:هرگاه بر جسمی نیرو وارد نشود جسم اگر ساکن باشد همچنان ساکن می‌ماند و اگر دارای حرکت باشد به حرکت خود با سرعت ثابت ادامه می‌دهد. اگر برآیند نیروهای وارد بر جسمی صفر باشد، اندازه حرکتش ثابت می‌ماند. ولی در مورد ممان اینرسی اگر برآیند نیروهای وارد بر جسمی صفر باشد ممکن است اندازه حرکت دورانیش صفر نباشد.
قانون دوم نیوتن: در حالت اول چنین گفته می‌شود که میزان تغییر اندازه حرکت خطی یک جسم، با نیروی وارد بر آن متناسب و هم جهت میباشد. اما بر اساس تعریف شتاب گفته می‌شود که هر گاه بر جسمی نیرویی وارد شود جسم در راستای آن نیرو، شتاب می‌گیرد که با اندازه آن نیرو متناسب است. اگر برآیند نیروهای وارد بر جسمی صفر نباشد اندازه حرکتش تغییر می‌کند.
قانون سوم نیوتن: بیان قانون سوم به این صورت است که هر عملی را عکس‌العملی است که همواره با آن برابر بوده و در خلاف جهت آن قرار دارد. به عنوان مثال هنگام راه رفتن در روی زمین، نیرویی از جانب و به طرف جلو بر ما وارد می‌شود که سبب حرکت ما به سمت جلو می‌شود، برعکس ما نیز بر زمین نیرو وارد کرده و آن را به سمت عقب می‌رانیم؛ ولی چون جرم زمین در مقایسه با جرم ما خیلی زیاد است، حرکت زمین به سمت عقب محسوس نیست.
قضیه کار و انرژی در دینامیک
در مکانیک برخلاف آنچه در بین عامه رایج است، واژهٔ کار زمانی به کار می‌رود که بر روی جسمی نیرویی اعمال شده و آن را جابجا کند، یا موجب تغییر در حرکت آن شود؛ بنابراین در دینامیک حرکت کار مفهوم با ارزشی است. اما کار به دو صورت می‌تواند بر روی جسم انجام شود.
در حالت اول که سرعت جسم افزایش پیدا می‌کند، اصطلاحاً گفته می‌شود که کار انجام شده، سبب ذخیره انرژی در جسم می‌شود. اما در حالت دوم ما با صرف انرژی و انجام کار، سرعت جسم را کاهش می‌دهیم. از اینرو انرژی که وابسته به سرعت جسم بوده و انرژی جنبشی نام دارد، تعریف می‌شود و قضیه کار و انرژی جنبشی بیان می‌کند که کار انجام شده بر روی جسم متناسب با تغییر انرژی جنبشی آن است. مکانیک لاگرانژی و حرکت جسم صلب حرکت ذره یک حالت تقریباً ایدآل و آرمانی از حرکت واقعی اجسام در فضای سه بعدی است. یعنی در بعضی موارد، تقریب حرکت جسم به عنوان یک ذره نمی‌تواند مفید واقع باشد؛ بنابراین در حالت کلی جسم به صورت یک جسم صلب در فضا در نظر گرفته می‌شود و با تعریف مختصات تعمیم یافته و نیروهای تعمیم یافته و با استفاده از معادلات لاگرانژ حرکت جسم مورد بررسی قرار می‌گیرد.
دینامیک در هوافضا یا همان دینامیک پرواز
دینامیک پرواز علمی است که به بررسی نحوه جهت‌گیری وسایل پرنده در سه بعد می‌پردازد. این علم که در حوزهٔ پژوهش‌های مهندسی هوافضا قرار دارد، جهت‌گیری وسایل پرنده (نظیر هواپیما یا بالگرد) را حول گرانیگاهشان ارزیابی می‌کند.
محورهای سه گانه
برای تحلیل حرکات یک هواگرد (نظیر یک هواپیما) در سه بعد، سه محور قراردادی نسبت به وضعیت هواگرد توصیف میشوند و حرکات به صورت چرخش‌هایی حول این سه محور توصیف می‌گردند:
محور طولی که از نوک هواپیما به سمت دم هواپیما امتداد دارد. چرخش حول این محور را «گردش» می‌نامند
محور عرضی که از انتهای یک بال به انتهای بال مقابل هواپیما امتداد دارد. چرخش حول این محور را به «گام» می‌نامند.
محور عمودی که از زمین به سوی آسمان امتداد دارد (یا از شکم هواپیما به سقف آن). چرخش حول این محور را «انحراف» می‌نامند.
محورهای سه گانه در هواپیما
در یک هواپیما، سکان باعث چرخش هواپیما حول محور عمودی می‌شود و برای تغییرمسیر هواپیما در ارتفاع کم با سرعت بالا به کار می‌رود. شهپرها باعث چرخش هواپیما حول محور طولی میشوند و برای چرخش هواپیما در ارتفاع‌های بالاتر به کار می‌روند. بالابر باعث چرخش هواپیما حول محور عرضی و تغییر زاویه حمله می‌شود و خلبان با استفاده از آن تغییرات ارتفاع هواپیما را کنترل می‌کند.
روند طراحی کنترل پرواز
تکنولوژی کنترل پرواز فعال به طور چشمگیری مسیر طراحی و پرواز هواپیماها را تغییر داده است: کیفیت پرواز هواپیماهای مدرن تا حد زیادی توسط قوانین کنترلی موجود در قلب سیستمهای کامپیوتری تعیین میشوند! سیستمهای کنترل پرواز با ارتباطات مکانیکی با سیستمهای کنترل دیجیتال با ارتباطات کابلی و سیمی جابجا شدهاند. چنین سیستمهای کنترل پرواز اتوماتیکی میتوانند موثراً با ترکیب تکنیکهای طراحی و مدلهای ریاضی دینامیکی در یک بسته نرمافزاری کابر پسند سیستم کنترل کمکی کامپیوتری، تحلیل و طراحی شود. جعبه ابزار FDC برای متلب/سیمولینک یک مثال کاربردی از چنین محیطهای طراحی میباشد. این فصل روند کلی طراحی سیستمهای کنترلی را با تاکید بر اهمیت چنین محیطهای طراحی سیستمهای کنترلی کمکی کامپیوتری برای طراحی سیستمهای کنترل پرواز اتوماتیک تعیین نموده است.