Sissejuhatus mehaanikasse (0)

2.1.1. Sissejuhatus mehaanikasse
Sõna mehaanika on pärit kreeka keelest ja
tähendas algselt masinat.
Uurimisobjekti järgi võib mehhaanika
jaotada:
Tahkete kehade mehhaanikaks
Vedelike mehhaanikaks
Gaaside mehhaanikaks
Peenema jaotuse saame siis, kui arvestame teoreetilisi
alusmõisteid:
Klassikaline mehhaanika puhul jaotub järgmiselt:
Staatika (kirjeldab jõudude jaotust paigalseisvas süsteemis)
(uurib kehade tasakaalu tingimusi)
Kinemaatika (kirjeldab kehade liikumist, arvestamata neile
mõjuvaid jõude) (uurib kehade liikumist, aga mitte selle
tekkepõhjusi)
Dünaamika (kirjeldab liigutatavate kehade käitumist ja neile
mõjuvaid jõude) (uurib aga just liikumise tekkepõhjusi ja seda,
kuidas liikumine mingite jõudude toimel muutub.)
Kinemaatika (kinema - kreeka k. liigutus,
liikumine) uurib kehade liikumist ruumis.
Seejuures pole tähtis, mis seda liikumist
esile kutsub. Näiteks saab kinemaati
kaseaduste abil arvutada, kui kaugele
lendab visatud kivi.
Dünaamika uurib aga just liikumise
tekkepõhjusi ja seda, kuidas keha liikumine ühe
või teise mõju tagajärjel muutub. (Dynamikos -
kreeka k. jõusse puutuv.) Näiteks saab
arvutada, kui suure kiiruse saavutab langev
vihmapiisk, mida kiirendab maa külgetõmme ja
pidurdab õhu takistus.
Mitte alati ei hakka keha jõudude mõjul liikuma.
Laual lebavale raamatule ju mõjub raskusjõud.
Samuti ei liigu kaalud, millel on kompvekid
vihtidega tasakaalustatud
Staatika uurib kehade tasakaalu tingimusi
Mehaanika objektiks ehk selleks, mida
uuritakse, on keha.
Mehaanikas nimetatakse kehadeks
süsteeme, mille mõõtmed on palju suuremad
molekulide mõõtmetest.
Kui kehade liikumiskiirused on väga palju
väiksemad valguse kiirusest vaakumis, siis
on tegemist klassikalise mehaanikaga. Kui
kehade liikumiskiirused saavad võrreldavaks
valguse kiirusega, siis kasutatakse
relativistlikku mehaanikat.
Mõnede ülesannete korral on keha mõõtmed
kõigist ülesandes esinevaist pikkustest palju
väiksemad. Sellisel juhul kasutatakse keha
mudelit, mida nimetatakse punktmassiks.
Selle mass on võrdne keha massiga,
ruumala aga võrdne nulliga.
Kui keha mõõtmetega tuleb arvestada, siis
kasutatakse tavaliselt mudelit, mida
nimetatakse absoluutselt jäigaks kehaks.
See on keha, mille kuju ega mõõtmed ei
muutu.
Iga nähtuse kohta võib alati öelda, et see
toimub kusagil ja millalgi. Kõik nähtused
toimuvad ruumis (kus?) ja ajas (millal?).
Seega on mateeria ja tema muutumine
lahutamatult seotud ruumi ja ajaga.
Keha mehaaniliseks liikumiseks
nimetatakse tema asukoha muutumist
ruumis teiste kehade suhtes teatud aja
jooksul.
Asukoha muutus ei saa aga toimuda
silmapilkselt. Pole võimalik, et näiteks puult
kukkuv õun on ühel hetkel oksa küljes ja
järgmisel hetkel juba maas. Liikumine võtab
alati aega.
Peale selle peab õun läbima ka kõik
vahepealsed punktid oksa ja maa vahel.
Seepärast öeldaksegi, et liikumine on pidev
nii ajas kui ka ruumis.
Kehade liikumise uurimisega tegeleb füüsika
osa, mida nimetatakse mehaanikaks.
Mehaanika põhiülesandeks on liikuva keha
asukoha määramine mistahes ajahetkel.
Mehaanika võimaldab teada saada mitte
ainult seda, kuidas keha liigub tulevikus, vaid
ka seda, kuidas ta liikus minevikus.
Liikumist, mille korral keha kõik punktid
liiguvad ühesuguselt, nimetatakse
kulgliikumiseks. (Seejuures jäävad kõik keha
läbivad sirged iseendaga paralleelseks.)
Keha, mille mõõtmed võib antud
liikumistingimustes arvestamata jätta,
nimetatakse punktmassiks.
Liikumisi võib liigitada trajektoori kuju järgi.
Kui trajektooriks on sirge, nimetatakse
liikumist sirgjooneliseks, kui trajektoor pole
sirge, siis kõverjooneliseks. Kõverjoonelise
liikumise erijuhuks on näiteks ringjooneline
liikumine.
Eristada saab ka ühtlast ja mitteühtlast
liikumist. Kui keha läbib mistahes võrdsetes
ajavahemikes võrdsed teepikkused, on
tegemist ühtlase liikumisega.
Et aga startiv auto läbib iga järgneva
sekundiga üha pikema tee, on tema liikumine
mitteühtlane.
Kui liikumine kordub võrdsete ajavahemike
järel edasi ­ tagasi sama trajektoori mööda,
on tegemist võnkliikumisega ehk
võnkumisega.
Veel eristatakse teineteisest kulgevat ja
pöörleva liikumist. Kulgev on näiteks
õmblusmasinanõela üles alla liikumine.
Kogu liikumise kestel jääb nõel oma eelmiste
asenditega paralleelseks. Kulgevalt liigub ka
rööplükke tegemisel kasutatav joonlaud.
Kulgeva liikumise korral on keha kõikide
punktide trajektoorid ühe suguse kujuga.
Keha, mille suhtes teiste kehade asukohta
kirjeldatakse, nimetatakse taustkehaks.
Taustkehaks võib valida mistahes sobiva
objekti: majanurga, suure kivi, kirjutuslaua,
mäetipu, Päikese, raudteevaguni jne.
Kui keha liigub, siis tema asukoht muutub.
Muutub keha kaugus algasukohast. Kaugust
algasukohast võib aga mõõta mitmeti.
Kui mõõdetakse täpselt piki trajektoori,
saadakse läbitud tee pikkus ehk lihtsalt
teepikkus. Valemites tähistatakse
teepikkust tähega l.
Mõõtes kaugust algasukohast mööda
sirgjoont, n.ö. linnulennul, saadakse nihe.
Nihkeks nimetatakse keha algasukohast
lõppasukohta suunatud sirglõiku. Erinevalt
teepikkusest iseloomustab nihe ka liikumise
suunda. Seega on nihe vektoriaalne suurus.
Nihkevektori tähiseks valemites ja joonistel
on s.
Kuna keha asukoht ei saa muutuda
silmapilkselt, on liikumise kirjeldamiseks vaja
mõõta ka aega.
Klassikalises mehaanikas vaadeldakse aega
absoluutse suurusena.
Keha asukoha määramiseks ja liikumise
kirjeldamiseks on eelnevalt tarvis kokku
leppida taustkehas. Seejärel valitakse mingid
kindlad suunad, milles asukohta taust keha
suhtes mõõdetakse. Samuti lepitakse kokki
mõõtühikutes. Need valitud mõõtmissuunad,
ühikud ja asukoha mõõtmise eeskirjad
moodustavad kokki koordinaadistiku.
Taustkeha, sellega seotud koordinaadistik ja
ajamõõtmise süsteem moodustavad kokku
taustsüsteemi. Alles pärast sobiva
taustsüsteemi väljavalimist saab hakata
liikumist uurima.