Mehanika (grčka reč Μηχανική — naprava, sprava, mašina) nauka koja proučava pojave pokretanja i ravnoteže materijalnih tela pod delovanjem fizičkih sila i nauka o aparatima, spravama, mašinama; mašinstvo, mašinska tehnika;
 

 Mehanika čvrstih tela, deli se na:
 Statiku — proučava uslove pod kojim se daje i nastaje ravnoteža.
 Kinematiku — proučava geometriju kretanja ne uzimajući u obzir materijalna svojstva tela
 Dinamiku — opisuje i proučava kretanje putem analize uzročnika kretanja i materijalnih svojstava tela.
 Mehanika deformacije čvrstih tela
 Mehanika tečnih materija
 Hidraulika
 Hidrodinamika
 Hidrostatika
 Mehanika gasova

Mehanika je, u suštini, fizička nauka, pošto proučava fizičke fenomene. Takođe se veže za matematiku i inženjerstvo. Njen krajnji cilj je primena i predviđanje fizičkih fenomena, kao i utvrđivanje baze za primenu teorije na inženjerske nauke.

Statistička mehanika (često nazivana Statistička fizika), je oblast fizike, koja se bavi fizičkim sistemima sastavljenim iz velikog broja čestica (reda veličine Avogadrovog broja) . Ima za zadatak da opiše makroskopske, merljive fizičke veličine (ponašanje sistema kao celine) na osnovu osobina, ponašanja i uzajamnog dejstva mikro konstituenata tog sistema. Pri određivanju ponašanja partikula sistema, statistička mehanika koristi se principima teorije verovatnoće i statistike.

Kao prvi od značajnih radova, javlja se rad Rudolfa Klauzijusa (1857.) iz molekularne teorije gasova u kome je pokazao da je “toplota” ustvari kinetička energija haotičnog kretanja molekula. Oslanjajući se na ove radove, Džejms Maksvel (1859.) daje funkciju raspodele molekula gasa po brzinama. Poseban doprinos daljem razvoju statističke mehanike krajem 19-og veka dali su Bolcman, koji je oslanjajući se na kinetičku jednačinu (intuitivno napisanu), izveo je (1872.) H-heat teoremu uz pomoć koje daje statističko objašnjenje drugog zakona termodinamike i Gibsu koji je ovakvom tumačenju termodinamike kinetičkom teorijom dao naziv “statistička mehanika” kako se ova oblast i danas zove. Radovima Gibsa, statistička mehanika dobija fundamentalne osnove, čime je omogućeno da se ona primeni na sve sisteme mnoštva, a ne kao do tada samo na gasove. Boze i Ajnštajn primenjuju metode statističke mehanike na fotone kao kvantne čestice, dok Fermi i Dirak daju statistiku kojom se opisuju elektroni kao čestice. Razvojem kvantne mehanike kao posebne oblasti fizike, Džon fon Nojman formuliše kvantno mehaničku generalizaciju statističke mehanike čime utemeljenjuje kvantnu statističku mehaniku. Razvojem nuklearne fizike, fizike plazme i fizičke elektronike dobijeni su i značajni praktični rezultati. Radom u ovim poljima Nikolaj Bogoljubov pokazuje (1946.) kako se koristeći princip inverzije vremena polazeći od jednačina koje opisuju stanja pojedinih čestica može dobiti Bolcmanova kinetička jednačina ekzaktnim putem, čime su postali jasni uslovi pri kojima važe do tada poznate kinetičke jednačine. Bogoljubov klasifikuje internalnu strukturu statističke mehanike.

Elektromagnetizam je oblast fizike koja proučava električne i magnetne pojave u prirodi. Elektromagnetizam se dobija kada se pusti jednosmerna struja kroz metalni provodnik(šraf,ispravljena spajalica itd.).Tada dolazi do magnetizma kao i kod prirodnog megneta .Danas elektromagneti se koriste za:kočenje pri velikim brzinama,veoma brzo ubrzavanje u brzim vozovima u luna parkomima a u Nemačkoj i u Japanu na eksperimentalnom super brzom vozu zvanom ,,Maglev).

Termodinamika (grč. θερμη, vrelina i δυναμις, snaga) je grana fizike koja proučava posledice promene pritiska, temperature i zapremine u makroskopskim fizičkim sistemima. Ova analiza se vrši primenom statističkih metoda na njegove elementarne čestice.Pominjanje „vreline“ u imenu se odnosi na protok energije, a „snaga“ se odnosi na kretanje. Termodinamika dakle proučava protok toplotne energije i način na koji ona prozvodi mehanički rad (pokret). Termodinamika se razvila u 19. veku kroz pokušaje da se poveća efikasnost ranih parnih mašina.

Tipičan termodinamički sistem se sastoji iz toplotnog izvora (grejača) i odvoda toplote (hladnjaka). Ovakav sistem proizvodi mehanički rad (klipova, poluga, zamajaca, i sl.). Moguća je i obrnuta situacija gde mehanički rad ima za posledicu odvođenje toplote, u kom slučaju se sistem naziva toplotna pumpa (primer: frižider).

Teorijska osnova termodinamke su termodinamički zakoni. U njima se pominje fizička veličina „entropija“ koja opisuje sve termodinamičke sisteme. To je mera za „vezanu“ energiju zatvorenog materijalnog sistema, tj. za energiju koja se, nasuprot „slobodnoj“, više ne može pretvoriti u rad. Po drugoj definiciji, entropija je merilo neuređenosti sistema.

U širem smislu, termodinamika obuhvata nauku o toplotnim osobinama materije i prelazima između agregatnih stanja (faznim prelazima).

Postoje četiri opšta zakona termodinamike čija važnost ne zavisi od detalja termodinamičkih sistema i njihovih interakcija, već samo od protoka materije i energije. Četiri zakona termodinamike su:

Nulti zakon termodinamike, tvrdi da je termodinamička ravnoteža relacija ekvivalencije

Ako su dva termodinamička sistema u ravnoteži sa trećim, onda su u ravnoteži i među sobom.

Prvi zakon termodinamike, odnosi se na očuvanje energije

Promena unutrašnje energije zatvorenog termodinamičkog sistema jednaka je zbiru toplotne energije dodate sistemu i termodinamičkog rada primenjenog na sistem.

Drugi zakon termodinamike, odnosi se na entropiju

Ukupna entropija izolovanog termodinamičkog sistema se vremenom uvećava, sve do maksimalne vrednosti.

Treći zakon termodinamike, odnosi se na temperaturu apsolutne nule

Kada se sistem asimptotski približava temperaturnoj apsolutnoj nuli, svi procesi praktično prestaju, a entropija teži minimumu (nuli).

Kvantna mehanika je fundamentalna grana teorijske fizike kojom su zamenjene klasična mehanika i klasična elektrodinamika pri opisivanju atomskih i subatomskih pojava. Ona predstavlja teorijsku podlogu mnogih disciplina fizike i hemije kao što su fizika kondenzovane materije, atomska fizika, molekulska fizika, fizička hemija, kvantna hemija, fizika čestica i nuklearna fizika. Zajedno sa Opštom teorijom relativnosti Kvantna mehanika predstavlja jedan od stubova savremene fizike.

U matematički rigoroznoj formulaciji kvantne mehanike, razvijenoj od strane Pola Diraka i Džona fon Nojmana, moguća stanja kvantnog sistema su predstavljena jediničnim vektorima (poznatim kao "vektori stanja") nastanjenim u kompleksnom separabilnom Hilbertovom prostoru (poznatom pod imenom "prostor stanja"), definisanom do na kompleksni broj jedinične norme (fazni faktor). Drugim rečima, moguća stanja su tačke u projektivnom prostoru. Konkretna priroda ovog Hilbertovog prostora zavisi od sistema; na primer, prostor stanja za stanja položaja i impulsa je prostor kvadratno-integrabilnih funkcija, dok je prostor stanja za spin jednog protona samo proizvod dve kompleksne ravni. Svaka opservabla je predstavljena hermitskim operatorom čiji je domen gust u prostoru stanja u kome on deluje. Svako svojstveno stanje opservable odgovara svojstvenom vektoru operatora, a pridružena svojstvena vrednost odgovara vrednosti opservable u datom svojstvenom stanju. Ukoliko je spektar operatora diskretan, opservabla može da ima samo diskretne vrednosti iz datog spektra.

Vremenska evolucija kvantnog stanja je opisana Šredingerovom jednačinom, u kojoj je Hamiltonijan operator koji generiše vremensku evoluciju.

Unutrašnji proizvod dva vektora stanja je kompleksan broj poznat kao amplituda verovatnoće. Tokom merenja, verovatnoća da sistem pređe iz datog početnog stanja u dato krajnje stanje je određena kvadratom apsolutne vrednosti amplitude verovatnoće između tih stanja. Mogući ishodi merenja su svojstvene vrednosti operatora - što objašnjava i3bor hermitskih operatora čije su sve svojstvene vrednosti realne. Raspodela verovatnoće za opservablu u datom stanju se nalazi spektralnim razlaganjem njoj odgovarajućeg operatora. Hajzenbergove relacije neodređenosti su predstavljene tvrđenjem da operatori izvesnih opservabli ne komutiraju.

Šredingerova jednačina se odnosi na celu amplitudu verovatnoće, a ne samo na njenu apsolutnu vrednost. Dok apsolutna vrednost amplitude verovatnoće sadrži informaciju o verovatnoćama, njena faza sadrži informaciju o interferenciji između kvantnih stanja. Ovo je uzrok talasnom ponašanju kvantnih stanja.

Ispostavlja se da analitička rešenja Šredingerove jednačine postoje samo za mali broj modelnih hamiltonijana, od kojih su kvantni harmonijski oscilator, čestica u kutiji, jon molekula vodonika i atom vodonika najvažniji predstavnici. Čak i atom helijuma, koji ima samo jedan elektron više od atoma vodonika, prkosi svim pokušajima potpunog analitičkog tretmana. Postoji više tehnika za dobijanje približnih rešenja. Na primer, u metodu poznatom kao teorija perturbacije koriste se analitički rezultati jednostavnog kvantnog modela da bi se dobili rezultati komplikovanijeg modela koji se od jednostavnog modela razlikuje u, na primer, dodatku slabe potencijalne energije. Još jedan metod je "semi-klasična" aproksimacija koja se koristi kod sistema kod kojih kvantni efekti proizvode mala odstupanja od klasičnog ponašanja. Odstupanja se mogu izračunati na osnovu klasičnog kretanja. Ovaj pristup je važan u oblasti kvantnog haosa.

Alternativna formulacija kvantne mehanike je preko Fajnmanovih integrala po trajektorijama, u kojoj je kvantno-mehanička amplituda suma po svim mogućim kvantnim trajektorijama između početnog i krajnjeg stanja; ovo je kvanto-mehanički analogon principa najmanjeg dejstva u klasičnoj mehanici.