Liikumine (füüsika): määratlus, liigid, kiirus ja kiirendus
Liikumine (füüsika): selge määratlus ja praktiline ülevaade liigidest, kiirusest, kiirendusest ning seotud nähtustest nagu gravitatsioon, hõõrdumine ja relativiteet.
Liikumine ehk liikumine on millegi asukoha muutmine - see tähendab, et muutub koht, kus miski on. Näiteks lendav lind või kõndiv inimene liigub, sest nad muudavad oma asukohta ühest kohast teise. Liikumine on igapäevaelus ja teaduses keskne mõiste ning selle kirjeldamiseks kasutatakse nii kvalitatiivseid kui ka kvantitatiivseid mõisteid: trajektoor, kiirus, kiirendus, jõud ja energia.
Määratlus ja referentsraamistik
Asendi ja liikumise kirjeldus eeldab alati viidet teistele objektidele või koordinaat süsteemile. Tänu teadlaste, näiteks Galileo Galilei ja AlbertEinsteini tööle teame, et asukoht ja liikumine on suhtelised: see, kas ja kuidas midagi liigub, sõltub valitud referentsraamistikust. Näiteks võib pall olla kastist 5 meetri kaugusel, toolist 3 meetri kaugusel ja lauast 1 meetri kaugusel — need andmed annavad palli asukoha sõltuvalt sellest, millise objekti suhtes mõõdetakse.
Liikumise liigid
- Ühtlane sirgjooneline liikumine — keha liigub mööda sirget trajektoori konstantsel kiirusel.
- Kiirenev või aeglustuv sirgjooneline liikumine — sirgjooneline liikumine, mille korral keha kiirendus ei ole null.
- Ümberpöörlev või ringliikumine — keha liigub ümber mingi punkti või telje; kiirus võib olla konstantne, kuid suund muutub, mis tekitab tsentripetaaljõu.
- Võnkuv ehk osaleeruv liikumine — perioodiline liikumine (näiteks pendel), kus keha liigub edasi-tagasi teatud punkti ümber.
- Juhuslik (Brown'i) liikumine — mikroskaalas juhuslikult muutuv trajektoor, nt osakeste liikumine vedelikes või gaasides.
Kiirus ja kiirendus
Liikumise põhikogused on kiirus ja kiirus (sagedasti eristatakse skalaarsest suurusest 'kiirus' ja vektoriaalsest mõistest 'kiirendus' või 'suunaga kiirus' — igapäevakeeles mõistetakse neid tihti sõnaga "kiirus"). Keskmine kiirus arvutatakse kui läbitud tee ja kulunud aja suhe: v = s / t (üksuseks m/s). Kiirendus kirjeldab, kuidas kiirus aja jooksul muutub: a = Δv / Δt (üksus m/s²). Kiiruse ja kiirenduse täpseks määramiseks kasutatakse matemaatilist tuletist: hetkekiirus on asendi funktsiooni aja tuletis ja kiirendus on kiiruse aja tuletis.
Mõjutegurid ja seaduspärad
Liikumist mõjutavad mitmed jõud ja omadused:
- Jõud — Newtoni teine seadus seob keha kiirenduse tema massi ja mõjuva jõuga (F = m·a).
- Inertsus — keha kalduvus säilitada oma liikumisolekut (seisvas olekus või ühtlases liikumises), mida väljendab mass.
- Hõõrdumine — takistus, mis pidurdab liikumist kontaktis olevate pindade vahel.
- Gravitatsioon, elektromagnetiline tõmme ja tõrjumine — välistavad jõud, mis muudavad trajektoori ja kiirust.
- Energia ja töö — liikumise tekitamiseks või muutmiseks on sageli vaja teha tööd ja anda süsteemile energiat.
Mõõtmine ja näited
Liikumist mõõdetakse tavaliselt pikkuseühikute (meetrites) ja ajaühikute (sekundites) kaudu. Näited:
- Auto, mis läbib 100 km kahe tunniga, keskmine kiirus 50 km/h.
- Maailmaruumis Maa pöörleb ümber oma telje ja tiirleb ümber Päikese — tegemist on nii pöörleva kui ka periodilise liikumisega.
- Valgus liigub ligikaudu 300 000 kilomeetrit sekundis ehk 186 000 miili sekundis (täpsemult umbes 299 792 km/s). Valguse liikumise korral mängivad olulist rolli ka Einsteini relatiivsusteooria põhimõtted.
Kokkuvõte
Liikumine on asukoha muutumine ajas ja seda kirjeldavad trajektoor, kiirus ja kiirendus. Liikumine on suhteline ning sõltub valitud referentsraamistikust. Selle põhjusi ja käitumist seletavad jõud, inertsus, hõõrdumine ning energialahendused. Füüsikas on liikumise uurimine keskne, kuna see ühendab kinemaatikat (liikumise geomeetriline kirjeldus) ja dünaamikat (liikumise põhjused).
Läbi õhu liikuv mardikas
Loomade liikumine
Loomadel kontrollib liikumist närvisüsteem, eelkõige aju ja seljaaju.
Silma kontrollivaid lihaseid juhib keskmises ajus asuv optiline taktum. Kõiki keha tahtlikke lihaseid juhivad seljaaju ja tagajäseme motoorsed neuronid. Seljaaju motoorseid neuroneid juhivad seljaaju närvikontuurid ja aju sisendid. Seljaaju ahelad teevad palju refleksreaktsioone ja ka rütmilisi liigutusi, nagu kõndimine või ujumine. Ajust laskuvad ühendused annavad keerukamat kontrolli.
Ajus on mitmeid motoorseid piirkondi, mis projitseeruvad otse seljaajusse. Kõige kõrgemal tasemel on primaarne motoorne ajukoor, mis on koeriba eesmise ajukese tagumises servas. See kude saadab püramiiditrassi kaudu otse seljaajusse massilise projektsiooni. See võimaldab liigutuste peente üksikasjade täpset tahtlikku kontrolli. On ka teisi ajupiirkondi, mis mõjutavad liikumist. Kõige olulisemad sekundaarsed piirkonnad on premotoorne ajukoor, basaalganglionid ja väikeaju.
| Liikumise kontrollimisega seotud peamised valdkonnad | ||
| Piirkond | Asukoht | Funktsioon |
| Ventraalne sarv | Seljaaju | Sisaldab motoorseid neuroneid, mis aktiveerivad otseselt lihaseid. |
| Okulomotoorsed tuumad | Keskmine aju | Sisaldab motoorseid neuroneid, mis aktiveerivad otseselt silmalihaseid. |
| Väikeaju | Hindbrain | Kalibreerib liigutuste täpsuse ja ajastuse |
| Eesmine aju | Meetmete valik motivatsiooni alusel | |
| Mootori ajukoor | Frontaallülid | Seljaaju motoorsete ahelate otsene kortikaalne aktiveerimine |
| Premotoorne ajukoor | Frontaallülid | Rühmitab elementaarseid liigutusi koordineeritud mustriteks |
| Täiendav motoorne piirkond | Frontaallülid | Liigutuste järjestamine ajalisteks mustriteks |
| Frontaallülid | Planeerimine ja muud täidesaatvad funktsioonid | |
Lisaks kõigele eespool nimetatule sisaldavad aju ja seljaaju ulatuslikke ahelaid autonoomse närvisüsteemi kontrollimiseks, mis toimib hormoonide sekretsiooni ja soolestiku "siledate" lihaste reguleerimise kaudu. Autonoomne närvisüsteem mõjutab südame löögisagedust, seedimist, hingamissagedust, süljeeritust, higistamist, urineerimist ja seksuaalset erutust ning mitmeid teisi protsesse. Enamik selle funktsioone ei ole otsese tahtliku kontrolli all.
Seotud leheküljed
- Newtoni liikumisseadused
- Transport
- Navigatsioon
Küsimused ja vastused
K: Mis on liikumine?
V: Liikumine on millegi asendi muutumine või millegi asukoha muutumine.
K: Kes on Galilei ja Newton?
V: Galilei ja Newton olid teadlased, kes uurisid liikumist ja nende töö aitas meil mõista, et asukoht on suhteline, mis tähendab, et objekti asukoht sõltub sellest, kus ta teiste objektide suhtes asub.
K: Mida uurib kineetika?
V: Kinemaatika uurib objekti liikumist, arvestamata selle põhjust. See käsitleb selliseid mõisteid nagu kiirus, kiirus ja kiirendus.
K: Mida uurib dünaamika?
V: Dünaamika uurib liikumise põhjuseid ja tagajärgi. See käsitleb jõudu, inertsust, tööd, energiat ja impulssi.
K: Kuidas aitavad võrdluspunktid määratleda objekti asukohta?
V: Võrdluspunktid aitavad määratleda objekti asukohta, andes vaatluse jaoks võrdlusraamistiku. Näiteks kui ütlete kellelegi, kui kaugel on pall teistest objektidest, näiteks kastist, toolist või lauast, siis saab ta määrata selle suhtelise asukoha nende objektide suhtes.
K: Kuidas saab liikumist sõltuvalt võrdlusraamistikust erinevalt vaadelda?
V: Liikumist saab vaadelda erinevalt sõltuvalt sellest, millist vaatlusraamistikku te selle vaatlemisel kasutate. Näiteks kui kaks rongi on samas suunas, kuid üks neist liigub tahapoole, samas kui teine jääb paigale, siis rongist A paistab, et nad liiguvad rongi B suunas, kuigi tegelikult ei ole nad üldse liikunud - seda saab näha ainult siis, kui mõlema rongi kõrval on teine võrdluspunkt, näiteks post, mis näitab, et rong A on jäänud paigale, samal ajal kui rong B on liikunud tahapoole.
Otsige