Füüsika-mehaanika (0)

Mehaanika põhiülesanne — leida keha asukoht mis tahes ajahetkel.
Füüsika see haru, mis uurib liikumist ja selle muutumise põhjusi, kannab nime mehaanika.
Mehaanika saab jaotada kolmeks haruks:
Kinemaatika (κινημα — kreeka k liigutus , liikumine) uurib ja kirjeldab kehade liikumist ruumis. Seejuures pole oluline, mis on liikumise põhjuseks. Näiteks saab kinemaatikaseaduste abil arvutada, kui kõrgele lendab otse üles visatud kivi.
Dünaamika (δυναμη — kreeka k jõud, vägi) uurib, kuidas liikumine tekib ning erinevate mõjude tagajärjel muutub. Näiteks saab arvutada, millise kiiruse saavutab vihmapiisk , mida kiirendab Maa külgetõmme ja pidurdab õhutakistus.
Staatika (στατικη — kreeka k püsiv, muutumatu)uurib, mis tingimustel liikumine ei muutu, st keha on tasakaalus. Staatika võimaldab näiteks välja arvutada, mitu inimest võib vaatetorni ronida, ilma et see ümber kukuks.
Kõikide liikumiste ühine tunnus on see, et keha asukoht muutub. Seejuures on vaja liikumise kindlakstegemiseks ja uurimiseks mõnda teist keha, mille suhtes me asukohta määrame. Liikumine toimub alati millegi suhtes, st liikumine on suhteline. Asukoha muutumine võtab aega. Pole võimalik, et puult kukkuv õun on mingil hetkel oksa küljes ja siis kohe juba mujal. Sel juhul oleks õun ju mitmes kohas korraga! Liikumine on alati seotud ajaga . Seega võime öelda, et liikumine on keha asukoha muutumine teiste kehade suhtes mingi aja jooksul.
Need punktid, mida liikuv keha ( punktmass ) läbib, moodustavad alati mingi pideva joone.Kujutletavat kontuuri, mida mööda keha liigub, nimetatakse trajektooriks. Liikumistrajektoori ei tohi samastada teega! Auto trajektoor onKui mõõdame alg- ja lõppasukoha vahekauguse täpselt piki trajektoori, saame teepikkuse. Teepikkust tähistatakse valemites tähega l (longitudo — ladina k pikkus).
Mõõtes kaugust aga mööda sirgjoont ehk linnulennul, saadakse nihe . Nihkeks niKõige lihtsam on asukohta arvutada lihtsaima liikumise korral, milleks on ühtlane sirgjooneline liikumine. Ühtlaseks sirgjooneliseks liikumiseks nimetatakse sirgjoonelist liikumist, mille korral mis tahes võrdsetes ajavahemikes läbitakse võrdsed teepikkused.
Ühtlase sirgjoonelise liikumise liikumisvõrrand ja - graafik
Kirjeldame näiteks auto sõitmist: alghetkel t = 0 on selle koordinaat x0. Aja t jooksul nihkub auto edasi ning koordinaat muutub nihke pikkuse s võrra suuremaks (vt joonist). Koordinaadi uus väärtus x on seega
(1.6)
Teame, et aja t jooksul sooritatava nihke pikkus sõltub kiirusest. Ühtlase liikumise kiiruse valemist (1.3 ) saame nihke pikkuse avaldada kui s = vt. Paigutades selle nihke avaldise koordinaadi valemisse (1.6 ) tulemuseks seos, mis näitab auto koordinaadi sõltuvust ajast:
Liikumisgraafikuks nimetatakse graafikut , mis näitab keha asukoha (koordinaadi x) sõltuvust ajast. Liikumisgraafiku horisontaalteljele kantakse aeg t ja püstteljele ajast sõltuv koordinaat x.

Kiiruse graafik
Ühtlase liikumise kiiruse graafik on horisontaalne sirgjoon

Nihke pikkus on võrdne kiiruse graafiku alla jääva pindalaga

Ühtlaselt muutuva liikumise kiiruse graafikuks on tõusev või langev sirge

Ühtlaselt muutuva liikumise nihe ja liikumisvõrrand

Vabalt langeva keha kiiruse ja kõrguse sõltuvus ajast

(1.12')
(1.19)
x → h ja a → – g.
Neis avaldistes tuleb kiirenduseks võtta vaba langemise kiirendus ning koordinaadiks kõrgus h.
Et kõrgus on suunatud alt üles ja vaba langemise kiirendus ülalt alla, on sellises koordinaatsüsteemis vaba langemise kiirendus negatiivne ja valemites tuleb võtta a = – g. Selliselt toimides saame vabalt langeva keha kiiruse ja kõrguse ajast sõltuvuse jaoks järgmised seosed:
(1.20)
(1.21)
Kui näiteks kivi üles visata , on valemites algkiirus v0 positiivne, allaviskamisel negatiivne ja lihtsalt käest pillamisel null. Sümbol h0 tähistab kõrgust aja alghetkel ehk algkõrgust. Kõrguse nullpunkt valitakse vastavalt olukorrale. Enamasti on selleks maapind. Vaba langemise kiirenduse väärtuseks võetakse 9,8 m/s2, ent kui pole öeldud teisiti, võib kooliülesannete lahendamisel kasutada väärtust 10 m/s2.