Kustība — definīcija, piemēri un pamatjēdzieni fizikā
Uzzini kustības definīciju, fizikas pamatjēdzienus un praktiskus piemērus — ātrums, paātrinājums, inerce, gravitācija un to nozīme ikdienā un zinātnē.
Kustība jeb pārvietošanās ir stāvoklis, kad mainās kāda priekšmeta atrašanās vieta, proti, mainās vieta, kur kaut kas atrodas. Piemēram, lidojošs putns vai ejošs cilvēks demonstrē kustību, jo tie maina atrašanās vietu no vienas vietas uz citu. Ar kustību saistītas daudzas zinātnes un matemātikas jomas — no klasiskās mechanikas līdz relativitātes teorijai un dinamiskajām sistēmām.
Relativitāte un atskaites sistēma
Piemēram, pateicoties tādiem zinātniekiem kā Galileo Galilejs un AlbertsEinšteins, mēs zinām, ka stāvoklis un kustība ir relatīvi. Tas nozīmē, ka objekta atrašanās vieta un kustība vienmēr jānorāda attiecībā pret izvēlētu atskaites punktu vai atskaites sistēmu. Bumba var atrasties 5 pēdu attālumā no kastes, 3 pēdu attālumā no krēsla un 1 pēdas attālumā no galda — tas viss raksturo tās stāvokli attiecībā pret dažādiem objektiem. Tāpat objekta kustība ir atkarīga no tā, no kādām koordinātēm vai novērotāja skatpunkta tiek mērīta.
Pamatsakarības un pamatjēdzieni
Fizikā kustības aprakstam lieto vairākus pamatjēdzienus:
- Nobrauktais ceļš — kopējais attālums, ko objekts ir veicis.
- Izšķirība (displacement) — vektors no sākuma punkta līdz galapunktam, kas norāda virzienu un nogriezumu.
- Ātrums un ātrums — abi termini raksturo, kā ātri objekts kustas, bet fizikā atšķirība starp vidējo un momentāno ātrumu un starp skalāro ātrumu un vektoriālo ātrumu (lēciens) ir svarīga.
- Paātrinājums — ātruma izmaiņas ātrums laika vienībā.
- Inerce — tieksme saglabāt esošo kustības stāvokli; saistīta ar masas lielumu.
- Sākotnējie kinemātiskie vienādojumi — apraksta vienmērīgu paātrinājumu, piemēram, v = v0 + at, s = v0 t + 1/2 a t².
Kustības veidi
Kustību klasificē pēc dažādiem kritērijiem:
- Translācija — visi ķermeņa punkti pārvietojas paralēli; piemēram, pārvietojoties automašīnai taisnā ceļā.
- Rotācija — kustība ap asi, kā riteņa griešanās.
- Oscilācija — periodiska kustība apkārt līdzsvara stāvoklim, piem., šūpoles vai svārsta kustība.
- Salikta kustība — kustība, kas kombinē translāciju un rotāciju vai vairākas kustības komponentes vienlaikus.
- Vienmērīga un ne-vienmērīga kustība — atkarībā no tā, vai ātrums laika gaitā mainās.
Spēki, enerģija un darba loma kustībā
Kustību izraisa un maina spēki. No klasiskās mehānikas puses svarīgi ir ņemt vērā Ņūtona likumus:
- Pirmais likums (inerce): ķermenis paliek miera stāvoklī vai kustībā vienmērīgā taisnā līnijā, ja uz to neiedarbojas ārējs spēks.
- Otrais likums: spēks ir masas un paātrinājuma reizinājums (F = m a).
- Trešais likums: katram spēkam ir pretējs un vienāda lieluma pretspēks.
Jēdzieni kā darbs, jauda un enerģija saista spēkus ar kustību — spēks, kas pārvieto objektu, veic darbu, un enerģija var tikt pārvērsta no vienas formas citā (kinētiskā, potenciālā utt.).
Vides ietekme uz kustību
Daudzi faktori maina objektu kustību vai to ierobežo:
- Berze samazina kustības ātrumu vai pat aptur to, ja nav turpmāka spēka.
- Gravitācija nosaka brīvas krišanas un orbītā notiekošu kustību zīmējumu.
- Elektromagnētiskie spēki (piem., magnētiskā pievilkšanās un atgrūšana) ietekmē lādētus vai magnētiskus objektus.
Mērīšana un piemēri
Kustību apraksta ar mērvienībām, piemēram, ātrumu m/s vai km/h. Gaisma pārvietojas ar ātrumu aptuveni 300 000 kilometru sekundē jeb 186 000 jūdžu sekundē — tas ir universāls ierobežojums klasiskajā un relativistiskajā fizikā gaismas vakuumā.
Ikdienas piemēri: mašīnas paātrinājums, bumbiņas atlēkšana, planētu orbītas, svārsta ritms. Fizikā, inženierijā un sportā spēja izprast un aprēķināt kustību ir būtiska drošībai, efektivitātei un tehnoloģiju izstrādei.
Kopsavilkums
Kustība ir pamatjēdziens, kas aptver objektu pārvietošanos telpā un laika gaitā. Lai to pilnībā aprakstītu, nepieciešams izvēlēties atskaites sistēmu, mērīt ātrumu un paātrinājumu, izprast ārējos spēkus un ņemt vērā enerģijas pārveides. No klasiskās mehānikas līdz relativitātei un kvantu mehānikai — kustības izpratne ir centrāla visās fizikas disciplīnās.
Vabole, kas pārvietojas gaisā
Dzīvnieku kustība
Dzīvnieku kustības kontrolē nervu sistēma, īpaši galvas un muguras smadzenes.
Muskuļus, kas kontrolē acs darbību, vada vidējā smadzeņu daļā esošais redzes tīkls. Visus ķermeņa brīvprātīgos muskuļus vada motoriskie neironi muguras smadzenēs un pakaļējās smadzenēs. Muguras smadzeņu motoriskos neironus kontrolē muguras smadzeņu nervu ķēdes un ievades no galvas smadzenēm. Muguras smadzeņu ķēdes veic daudzas refleksu reakcijas, kā arī ritmiskas kustības, piemēram, staigāšanu vai peldēšanu. No galvas smadzenēm nākošie savienojumi nodrošina sarežģītāku kontroli.
Galvas smadzenēs ir vairākas motoriskās zonas, kas tieši izplūst uz muguras smadzenēm. Visaugstākajā līmenī ir primārā motoriskā garoza - audu josla frontālās daivas aizmugurējā malā. Šie audi pa piramidālo traktu sūta milzīgu projekciju tieši uz muguras smadzenēm. Tas ļauj precīzi kontrolēt kustību sīkas detaļas. Ir arī citas smadzeņu zonas, kas ietekmē kustības. Starp svarīgākajām sekundārajām zonām ir premotorā garoza, bazālie gangliji un smadzenītes.
| Galvenās jomas, kas iesaistītas kustību kontrolē | ||
| Platība | Atrašanās vieta | Funkcija |
| Ventrālais rags | Muguras smadzenes | Satur motoriskos neironus, kas tieši aktivizē muskuļus. |
| Okulomotorie kodoli | Smadzeņu vidusdaļa | Satur motoriskos neironus, kas tieši aktivizē acu muskuļus. |
| Smadzenītes | Aizmugurējie smadzenes | Kalibrē kustību precizitāti un laiku. |
| Priekējās smadzenes | Darbības izvēle, pamatojoties uz motivāciju | |
| Motoriskā garozas garoza | Frontālā daiva | Muguras smadzeņu motorisko ķēžu tieša kortikālā aktivizācija |
| Premotoriskā garoza | Frontālā daiva | Grupē elementāras kustības koordinētos modeļos |
| Papildu motoriskā zona | Frontālā daiva | Kustību secību secība pēc laika modeļiem |
| Frontālā daiva | Plānošana un citas izpildfunkcijas | |
Papildus iepriekš minētajam galvas un muguras smadzenēs un muguras smadzenēs ir arī plašas shēmas, kas kontrolē veģetatīvo nervu sistēmu, kura darbojas, izdalot hormonus un modulējot zarnu "gludos" muskuļus. Autonomā nervu sistēma ietekmē sirdsdarbību, gremošanu, elpošanas ātrumu, siekalošanos, svīšanu, urinēšanu un seksuālo uzbudinājumu, kā arī vairākus citus procesus. Lielākā daļa no tās funkcijām nav tiešā brīvprātīgā kontrolē.
Saistītās lapas
- Ņūtona kustības likumi
- Transports
- Navigācija
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir kustība?
A: Kustība ir stāvoklis, kad kaut kas maina savu stāvokli vai mainās vieta, kur kaut kas atrodas.
J: Kas ir Galilejs un Ņūtons?
A: Galilejs un Ņūtons bija zinātnieki, kas pētīja kustību, un viņu darbs palīdzēja mums saprast, ka stāvoklis ir relatīvs, proti, objekta stāvoklis ir atkarīgs no tā, kur tas atrodas attiecībā pret citiem objektiem.
J: Ko pēta kinemātika?
A: Kinemātika pēta objekta kustību, neņemot vērā tās cēloni. Tā aplūko tādus terminus kā ātrums, ātrums un paātrinājums.
J: Ko pēta dinamika?
A: Dinamika pēta kustības cēloņus un sekas. Tā aplūko spēku, inerci, darbu, enerģiju un impulsu.
J: Kā atskaites punkti palīdz noteikt objekta stāvokli?
A: Atskaites punkti palīdz noteikt objekta atrašanās vietu, nodrošinot novērojumu atskaites punktu. Piemēram, ja kādam pasaka, cik tālu atrodas bumba no citiem objektiem, piemēram, kastes, krēsla vai galda, viņš var noteikt tās relatīvo stāvokli attiecībā pret šiem objektiem.
J: Kā kustību var novērot atšķirīgi atkarībā no atskaites sistēmas?
A: Kustību var novērot atšķirīgi atkarībā no tā, kādu atskaites punktu jūs izmantojat, vērojot kustību. Piemēram, ja divi vilcieni ir vērsti vienā virzienā, bet viens no tiem kustas atpakaļ, bet otrs paliek nekustīgs, tad no vilciena A iekšpuses šķitīs, ka vilciens A kustas vilciena B virzienā, lai gan patiesībā vilcieni nemaz nav kustējušies - to var redzēt tikai tad, ja blakus abiem vilcieniem ir cits atskaites punkts, piemēram, stabs, kas parāda, ka vilciens A ir nekustīgs, bet vilciens B ir kustējies atpakaļ.
Meklēt