Judėjimas (fizika): apibrėžimas, santykinumas, greitis ir pagreitis
Judėjimas (fizika): aiškus apibrėžimas ir santykinumo, greičio bei pagreičio paaiškinimas su formulėmis, pavyzdžiais ir istoriniu kontekstu nuo Galileo iki Einšteino.
Judėjimas — tai būsena, kai keičiasi objekto padėtis laiko atžvilgiu, t. y. keičiama vieta, kurioje kas nors yra. Skrendantis paukštis ar einantis žmogus juda, nes jie per tam tikrą laiką pakeičia buvimo vietą iš vienos vietos į kitą. Judėjimą tiria fizika, o su juo susijusios disciplinos naudoja įvairius matinius ir eksperimentinius metodus.
Santykis ir atskaitos sistemos
Pavyzdžiui, Galileo Galilėjaus ir AlbertoEinšteino darbų dėka žinome, kad padėtis ir judėjimas yra reliatyvūs. Tai reiškia, kad objekto padėtis ir judėjimas priklauso nuo pasirinktos atskaitos sistemos (t. y. nuo to, kurias kitas kūnus laikome „stovinčiais“). Pvz., kamuolys gali būti 5 pėdų atstumu nuo dėžės, 3 pėdų atstumu nuo kėdės ir pėdos atstumu nuo stalo; kurį atstumą pavyzdžiui nurodysime, priklauso nuo to, nuo ko matuojame. Pagal Einšteiną, ypatingai dideliems greičiams arti šviesos greičio ar stipriems gravitaciniams laukams, laikas ir erdvė susipina ir jų matavimai priklauso nuo judančios atskaitos sistemos (specialioji ir bendroji reliatyvumo teorijos idėjos).
Greičio ir pagreičio apibrėžimai
Judėjimą kiekybiškai apibūdina keli pagrindiniai dydžiai:
- Padėtis — objekto vieta pasirinktoje atskaitos sistemoje.
- Kelias — nukeliautas atstumas (skaliarinė dydis).
- Greiitis — vektorinė dydžio forma (vieta pasikeitimo greitis). Yra vidutinis ir momentinis greitis; momentinis greitis matematikoje apibrėžiamas kaip laikinis padėties pokytis per labai trumpą laiko intervalą (d/dt). Nuorodos: greičiu, greičiu.
- Pagreitis — greičio pokytis per laiko vienetą (matuojamas, pavyzdžiui, m/s²). Pagreitį taip pat galima apibrėžti kaip antrąją padėties išvestinę pagal laiką.
Matematiškai trumpai: v = ds/dt, a = dv/dt. Dažniausi matavimo vienetai — metrai per sekundę (m/s) greičiui ir metrai per sekundę kvadratu (m/s²) pagreičiui.
Jėgos ir kiti veiksniai, lemiantys judėjimą
Judėjimą sukelia arba keičia išorinės jėgos. Svarbios sąvokos ir reiškiniai:
- Gravitacija — trauka tarp masyvių kūnų, kuri veikia visur ir lemia laisvo kritimo pagreitį.
- Magnetinė trauka ir atstūmimas — elektromagnetiniai poveikiai, galintys veikti judančius laidininkus ar magnetinius kūnus.
- Trintis — slopinanti jėga, kuri mažina judėjimo greitį ir kaupiasi kaip šiluma.
- Inercija — kūno savybė išlaikyti būseną judėti arba stovėti, susijusi su kūno mase.
- Darbas ir energija — jėga, atlikusi darbo. Judančių kūnų kinetinė energija ir atliktas darbas susiję dėsningumais (darbo–energijos teorema).
Kinematika ir dinamika
Kinematika aprašo judėjimą neanalizuodama priežasčių (t. y. nagrinėja padėtį, greitį, pagreitį), o dinamika tiria jėgas, sukeliančias tas pokyčius (Newtono dėsniai — kaip pavyzdys). Praktikoje dažnai naudojami paprasti modeliai: laisvas kritimas, vienodas judėjimas, vienodas pagreitėjimas, harmoninis judėjimas ir kt.
Pavyzdžiai ir mastai
Savo kasdienybėje matome daug judėjimo pavyzdžių: vaikštančius žmones, važiuojančius automobilius, skrendančius paukščius. Moksliniu mastu judėjimas aprašomas ir mikroskopiniu bei astronominiu lygmeniu — nuo dalelių judėjimo iki planetų orbitų.
Šviesa juda maždaug 300 000 kilometrų per sekundę arba 186 000 mylių per sekundę greičiu; tai svarbus orientyras fizikoje ir reliatyvumo teorijoje.
Praktiniai pastebėjimai
- Judėjimo apibrėžimas priklauso nuo pasirinktos atskaitos sistemos — tas pats objektas gali atrodyti stovintis vienoje sistemoje ir judantis kitoje.
- Matuojant judėjimą svarbu pasirinkti aiškią koordinatę sistemą ir laiką kaip nepriklausomą kintamąjį.
- Sudėtingesnėms situacijoms (pvz., santykinis judėjimas artimas šviesos greičiui) taikomos specialios teorijos ir transformacijos (pvz., Lorenco transformacijos specialiajame reliatyvume).
Apibendrinant, judėjimas yra pagrindinė fizikinių procesų savybė, kurią galima aprašyti ir prognozuoti naudojant kinematikos ir dinamikos principus, atsižvelgiant į išorines jėgas, atskaitos sistemą ir pradinius sąlygos. Su judėjimu siejami daug kitų reiškinių — nuo pagreičio iki gravitacijos, magnetinių jėgų ir trinties, kurie visi kartu lemia realų objektų elgesį.
Ore judantis vabalas
Gyvūnų judėjimas
Gyvūnų judesius valdo nervų sistema, ypač galvos ir nugaros smegenys.
Akis valdančius raumenis valdo regos nervo tektumas, esantis vidurinėse smegenyse. Visus kūno valingus raumenis valdo motoriniai neuronai, esantys nugaros smegenyse ir vidurinėse smegenyse. Nugaros smegenų motorinius neuronus valdo nugaros smegenų nervinės grandinės ir įvestys iš galvos smegenų. Nugaros smegenų grandinės atlieka daugelį refleksinių reakcijų, taip pat atlieka ritmiškus judesius, pavyzdžiui, vaikščiojimą ar plaukimą. Nusileidžiančios jungtys iš galvos smegenų užtikrina sudėtingesnį valdymą.
Galvos smegenyse yra kelios motorinės sritys, kurios tiesiogiai projektuojamos į nugaros smegenis. Aukščiausio lygio yra pirminė motorinė žievė - audinių juosta priekinės skilties galiniame krašte. Šis audinys siunčia didžiulę projekciją tiesiai į nugaros smegenis per piramidinį traktą. Tai leidžia tiksliai savanoriškai kontroliuoti smulkius judesius. Yra ir kitų smegenų sričių, darančių įtaką judesiams. Tarp svarbiausių antrinių sričių yra premotorinė žievė, baziniai ganglijai ir smegenėlės.
| Pagrindinės sritys, susijusios su judėjimo kontrole | ||
| Plotas | Vieta | Funkcija |
| Ventralinis ragas | Nugaros smegenys | Sudėtyje yra motorinių neuronų, kurie tiesiogiai aktyvuoja raumenis |
| Okulomotoriniai branduoliai | Vidurio smegenys | Sudėtyje yra motorinių neuronų, kurie tiesiogiai aktyvuoja akių raumenis |
| Smegenėlės | Užpakalinės smegenys | Kalibruoja judesių tikslumą ir laiką |
| Priekinės smegenys | Veiksmų pasirinkimas pagal motyvaciją | |
| Motorinė žievė | Priekinė skiltis | Tiesioginis kortikalinis stuburo motorinių grandinių aktyvavimas |
| Premotorinė žievė | Priekinė skiltis | Elementarių judesių grupavimas į koordinuotus modelius |
| Papildoma motorinė sritis | Priekinė skiltis | Judesių seka į laikinus modelius |
| Priekinė skiltis | Planavimas ir kitos vykdomosios funkcijos | |
Be to, galvos ir nugaros smegenyse yra išsamus autonominės nervų sistemos, kuri veikia išskirdama hormonus ir reguliuodama žarnyno "lygiuosius" raumenis, valdymo tinklas. Autonominė nervų sistema veikia širdies ritmą, virškinimą, kvėpavimo dažnį, seilėtekį, prakaitavimą, šlapinimąsi, lytinį susijaudinimą ir keletą kitų procesų. Dauguma jos funkcijų nėra tiesiogiai valdomos.
Susiję puslapiai
- Niutono judėjimo dėsniai
- Transportas
- Navigacija
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra judesys?
A: Judėjimas - tai būsena, kai keičiasi ko nors padėtis arba vieta, kurioje kas nors yra.
K: Kas yra Galilėjus ir Niutonas?
A: Galilėjus ir Niutonas buvo judėjimą tyrinėję mokslininkai, kurių darbai padėjo suprasti, kad padėtis yra santykinė, t. y. objekto padėtis priklauso nuo jo buvimo vietos kitų objektų atžvilgiu.
K: Ką tiria kinematika?
A: Kinematika tiria objekto judėjimą, neatsižvelgdama į jo priežastis. Ji nagrinėja tokias sąvokas kaip greitis, greitis ir pagreitis.
K: Ką tiria dinamika?
A: Dinamika tiria judėjimo priežastis ir pasekmes. Ji nagrinėja jėgą, inerciją, darbą, energiją ir pagreitį.
K: Kaip atskaitos taškai padeda nustatyti objekto padėtį?
A: Atskaitos taškai padeda nustatyti objekto padėtį, nes suteikia stebėjimo atskaitos sistemą. Pavyzdžiui, jei kam nors pasakysite, kokiu atstumu kamuolys yra nuo kitų objektų, pavyzdžiui, dėžės, kėdės ar stalo, jis galės nustatyti santykinę kamuolio padėtį šių objektų atžvilgiu.
Klausimas: Kaip galima skirtingai stebėti judėjimą, priklausomai nuo atskaitos sistemos?
A: Judesys gali būti stebimas skirtingai, priklausomai nuo to, kokią atskaitos sistemą naudojate jį stebėdami. Pavyzdžiui, jei du traukiniai važiuoja ta pačia kryptimi, bet vienas iš jų juda atgal, o kitas nejuda, tai iš traukinio A vidaus atrodys, kad jie juda link traukinio B, nors iš tikrųjų jie visai nejuda - tai galima pastebėti tik tada, jei šalia abiejų traukinių yra kitas atskaitos taškas, pavyzdžiui, stulpas, kuris rodo, kad traukinys A nejuda, o traukinys B juda atgal.
Ieškoti