Füüsika Mehaaniline liikumine (0)

Liikumine ehk mehaaniline liikumine on füüsikas (mehaanikas) kehade või
osakeste asukoha pidev muutumine ajas (aja jooksul). Lokaalselt iseloomustab
liikumist kiirus ja globaalselt saab seda kirjeldada trajektoori abil.
Masspunkti liikumine piirdub asukoha muutumisega. Jäiga keha või kehade
süsteemi puhul lisandub massikeskme asukoha muutumisele ( kulgliikumine )
keha või kehade osade vastastikuse asendi muutus (pöördliikumine).
Liikumine võib seisneda ka keha mõõtmete ja kuju alalises muutumises.
Mehaaniliseks liikumiseks nimetatakse keha asukoha muutumist teiste kehade suhtes.
Mehaanilise liikumise kirjeldamiseks kasutatakse mitmeid mõisteid:
1. Trajektoor .
2. Teepikkus .
3. Ajavahemik ehk aeg.
4. Kiirus.
Trajektooriks nimetatakse joont, mida mööda liigub keha punkt. Trajektoori
kuju järgi saab liikumist liigitada sirgjooneliseks ja kõverjooneliseks.
Punktmassi sirgjoonelisel liikumisel võivad muutuda kiirusvektori moodul
ja suund, kuna siht jääb samaks. Kõverjoonelisel liikumisel võib muutuda ka
kiirusvektori siht.
Teepikkuseks nimetatakse trajektoori pikkust, mille keha läbib mingi
ajavahemiku jooksul. Teepikkust tähistatakse tähega s.
Ajavahemik näitab liikumise kestust. Ajavahemikku tähistatakse tähega t.
Keha kiiruseks nimetatakse füüsikalist suurust, mis võrdub keha poolt läbitud
teepikkuse ja selleks kulunud aja jagatisega.
v = s/t
v - kiirus
s - teepikkus
t - aeg
Kiiruseühiku saamiseks tuleb pikkuseühik jagada ajaühikuga. Sagedamini
kasutatavad kiiruse ühikud on:
1 m/s; 1 cm/s; 1 km/min; 1 km/h.
Liikumist, kus keha kiirus ei muutu, nimetatakse ühtlaseks liikumiseks.
Liikumist , kus keha kiirus muutub, nimetatakse mitteühtlaseks liikumiseks.
Keskmine kiirus näitab, kui suure teepikkuse keha läbib keskmiselt ajaühikus.
Liikumise suhtelisus
Tänapäeva füüsikas võetakse asukoha mõõtmisel aluseks kindel vaatleja kindlas
taustasüsteemis (koordinaadistikus koos kellaga aja mõõtmiseks) ning liikumist
vaadeldakse ainult sääraselt fikseeritud taustsüsteemis suhtes. Sellega järgitakse
relatiivsusprintsiipi, millest tuleneb, et ei ole olemas absoluutset liikumist. Et
absoluutselt liikumatut taustsüsteemi ei ole olemas, siis on iga mehaaniline
liikumine suhteline.
Taustsüsteemi on võimalik fikseerida lähtudes taustkehadest, mille suhtes
liikumist vaadeldakse.
Taustsüsteemi valikust sõltub ka see, kas tegemist on liikumise või
paigalseisuga. Paigalseisu vaadeldakse füüsikas liikumise erijuhuna.
Liikumise kiirus
Kiiruse absoluutväärtuse mõõtühik SI-süsteemis on meeter sekundis.
Kiirust mõõdetakse ning liikumist iseloomustatakse osalt selle kaudu, kui
suur (SI-süsteemis meetrites mõõdetav) vahemaa läbitakse kindla (SI-
süsteemis sekundites mõõdetava) ajavahemiku jooksul. Et liikumine võib
toimuda eri suundades ning liikumise suund võib muutuda, siis on liikumise
iseloomustamiseks tarvis teada ka liikumise suunda. Sellepärast on kiirus
mehaanikas vektoriaalne suurus, mis on iseloomustatav kolme koordinaadiga.
oleks skalaariga. Et liikumise kiirus üldjuhul muutub, siis iseloomustatakse seda
kas keskmise kiirusega või hetkkiiruse kaudu.
Kiirust iseloomustatakse kiirusvektoriga, mis ristkoordinaadistikus lahutub
kolmeks komponendiks:
, ja .
Keha liikumine ja materiaalse punkti liikumine
Igal kehal on mõõtmed: keha eri osad paiknevad eri kohtades ruumis. Seetõttu
liiguvad keha liikumisel selle eri osad üldjuhul erinevalt. Seda tuleb keha
liikumise kirjeldamisel arvestada.
Paljudes mehaanika ülesannetes võib keha eri osade asukoha erinevuse
arvestamata jätta. Kui keha mõõtmed on väikesed võrreldes kaugusega teistest
kehadest, võib keha liikumist vaadelda nii, nagu liiguks üksainus punkt
(materiaalne punkt). Niiviisi tehakse näiteks siis, kui uuritakse planeetide
liikumist ümber Päikese.
Kui keha kõik osad liiguvad ühtemoodi (igal hetkel on kõigil keha osadel
ühesugune kiirus), siis sellist liikumist nimetatakse kulgliikumiseks. Ka
kulgliikumise puhul võib keha liikumist vaadelda materiaalse punkti
liikumisena, sest liikumise iseloom ei olene sellest, keha millise osa liikumist
vaadeldakse.
Kulg- ja pöördliikumine
Jäiga keha niisugust mehaanilist liikumist, mille puhul keha kõigi punktide
trajektoorid on paralleelsed ja kujult ühesugused, nimetatakse kulgliikumiseks
ehk translatoorseks liikumiseks.
Kui keha kõik punktid liiguvad mööda ringjooni, mille keskpunktid asetsevad
ühel ja samal liikumatul sirgel, siis on tegemist mehaanilise liikumisega, mida
nimetatakse pöördliikumiseks ehk rotatoorseks liikumiseks.
Üldjuhul koosneb jäiga keha mehaaniline liikumine kulg- ja pöördliikumisest.
Klassikaline mehaanika
Kuni 19. Sajandi lõpuni olid Isaac Newtoni poolt teoses ``Loodusfilosoofia
printsiibid `` aksioomide või postulaatidena sõnastatud liikumisseadused füüsika
aluseks. Nendel seadustel põhinevat mehaanikat nimetatakse tänapäeval
klassikaliseks mehaanikaks ehk Newtoni mehaanikaks. Klassikalisel mehaanikal
põhinevad liikuvate kehade trejektooride ja jõudude arvutused olid väga edukad,
kuni füüsikutel tekkis võimalus mõõta ja vaadelda väga kiireid füüsikalisi
nähtusi.
Relativistlik mehaanika
Väga suurte kiiruste puhul ei anna klassikalisel füüsikal põhinevad
arvutused enam õigeid tulemusi. Selle asemel kasutatakse Albert Einsteini
relatiivsusteooriat. Väikeste kiiruste puhul jääb relatiivsusteooria ja klassikalise
füüsika vaheline erinevus mõõtmisvea piiresse, mistõttu kasutatakse Newtoni
mehaanikat, mille arvutused on lihtsamad.
Valguse kiirusest palju väiksemate kiiruste korral võib liikuva keha massi
ja pikkust lugeda konstantseks. Valguse kiiruse lähedaste kehade (näiteks
elektronide) liikumist kirjeldab erirelatiivsusteooria. Mass ja pikkus muutuvad
Lorentzi teisenduste järgi.