Beweging

In fisika word beweging van massiewe liggame beskryf deur middel van twee verwante stelle wette van meganika. Bewegings van alle grootskaalse en bekende voorwerpe in die heelal (soos motors , projektiele , planete , selle en mense ) word deur klassieke meganika beskryf , terwyl die beweging van baie klein atoom- en sub-atoomvoorwerpe deur die kwantummeganika beskryf word . Histories het Newton en Euler drie wette van klassieke meganika geformuleer:

Klassieke meganika

Klassieke meganika word gebruik vir die beskrywing van die beweging van makroskopiese voorwerpe, van projektiele tot dele van masjinerie , sowel as astronomiese voorwerpe , soos ruimtetuie , planete , sterre en sterrestelsels . Dit lewer baie akkurate resultate binne hierdie domeine en is een van die oudste en grootste in wetenskap , ingenieurswese en tegnologie .

Klassieke meganika is basies gebaseer op Newton se bewegingswette . Hierdie wette beskryf die verband tussen die kragte wat op 'n liggaam inwerk en die beweging van daardie liggaam. Dit is die eerste keer saamgestel deur Sir Isaac Newton in sy werk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , wat die eerste keer op 5 Julie 1687 gepubliseer is. Newton se drie wette is:

1. 'N Liggaam is in rus of beweeg met konstante snelheid, totdat en tensy 'n buitekrag daarop toegepas word.
2. 'N Voorwerp sal vir altyd in een rigting beweeg of totdat 'n buitenste krag van rigting verander.
3. Wanneer een liggaam 'n krag F op 'n tweede liggaam uitoefen (in sommige gevalle wat stilstaan) oefen die tweede liggaam die krag uit - F op die eerste liggaam. F en - F is gelyk in grootte en teenoorgestelde in sin. Die liggaam wat F uitoefen, sal dus agteruit gaan. ^[3] Newton se 3de wet van beweging word saamgevat deur die stelling: "Vir elke aksie is daar 'n gelyke maar teenoorgestelde reaksie".

Newton se drie bewegingswette was die eerste wat 'n wiskundige model akkuraat verskaf het om liggame in die buitenste ruimte te begryp . Hierdie verklaring het die beweging van hemelliggame en die beweging van voorwerpe op aarde verenig.

Vergelykings van beweging

Translasiebeweging

In translasie beweging, die dryfkrag F is gebalanseer deur 'n verset teen krag F r opgestel deur die gedrewe masjien en deur 'n traagheid krag Ma wat voortspruit uit die verandering in spoed, of

${\ displaystyle {\ vec {F}} - {\ vec {Fr}} = M {\ vec {a}} = M {\ operatorname {d} \! {\ vec {v}} \ over \ operatorname {d } \! {\ vec {t}}}}$ (1)

waar die massa M uitgedruk word in kg. die snelheid v in m / sec, die versnelling a in m / sec2, en krag F in newton (N). ^[4]

Wisselende beweging

'N Beweging wat homself herhaal, word periodiese of ossillerende beweging genoem. 'N Voorwerp in so 'n beweging ossilleer rondom 'n ewewigsposisie as gevolg van 'n herstelkrag of wringkrag. Sulke krag of wringkrag is geneig om die stelsel te herstel (terug) na sy ewewigsposisie, ongeag in watter rigting die stelsel verplaas word. ^[5]

Rotasiebeweging

In rotasiebeweging word die dryfkrag T _M (gewoonlik ontwikkel deur die elektriese motor) gebalanseer deur 'n weerstandskoppel T _L (gewoonlik ontwikkel deur die las en word na die motoras verwys) en deur 'n traagheid of dinamiese wringkrag J d ω / dt ,

${\ displaystyle T_ {M} -T_ {L} = J \ operatornaam {d} \! \ omega / \ operatorname {d} \! t}$ (2)

waar die traagheid J uitgedruk word in kg * m ² . Dit word soms vliegwiel-wringkrag of moment genoem en T is die wringkrag in N * m. Die tekens wat met T _M en T _L geassosieer moet word in Vgl. (2) afhang van die werking van die dryfmotor en die aard van die laai-wringkrag. ^[4]

Eenvormige beweging:

Wanneer 'n voorwerp met gereelde tussenposes met 'n konstante snelheid in 'n bepaalde rigting beweeg, staan ​​dit bekend as die eenvormige beweging. Byvoorbeeld: 'n fiets wat in 'n reguit lyn met 'n konstante snelheid beweeg.

Vergelykings van eenvormige beweging:

As ${\ displaystyle \ mathbf {v}}$ = eind- en aanvangssnelheid, ${\ displaystyle t}$ = tyd, en ${\ displaystyle \ mathbf {s}}$ = verplasing, dan:

${\ displaystyle \ mathbf {s} = \ mathbf {v} t}$ (3)

Relativistiese meganika

Moderne kinematika ontwikkel met die bestudering van elektromagnetisme en verwys na alle snelhede v na hul verhouding tot ligspoed c . Snelheid word dan geïnterpreteer as snelheid , die hiperboliese hoek φ waarvoor die hiperboliese raaklyn tanh φ = v / c funksioneer . Versnelling , die snelheidsverandering, verander dan die snelheid volgens Lorentz-transformasies . Hierdie deel van meganika is spesiale relatiwiteit . Pogings om swaartekrag in relativistiese meganika op te neem, is deur WK Clifford en Albert Einstein aangewend . Die ontwikkeling het differensiële meetkunde gebruik om 'n geboë heelal met swaartekrag te beskryf; die studie word algemene relatiwiteit genoem .

Kwantummeganika

Kwantummeganika is 'n stel beginsels wat die fisiese werklikheid op die atoomvlak van materie ( molekules en atome ) en die subatomiese deeltjies ( elektrone , protone , neutrone en selfs kleiner elementêre deeltjies soos kwarks ) beskryf. Hierdie beskrywings bevat die gelyktydige golfagtige en deeltjie-agtige gedrag van materie sowel as stralingsenergie soos beskryf in die golf-deeltjie-dualiteit : / ^[6]

In klassieke meganika kan akkurate metings en voorspellings van die toestand van voorwerpe bereken word, soos ligging en snelheid . In die kwantummeganika kan die volledige toestand van 'n subatomiese deeltjie, soos die ligging en snelheid , vanweë die Heisenberg-onsekerheidsbeginsel nie gelyktydig bepaal word nie. ^{[ aanhaling nodig ]}

Benewens die beskrywing van die beweging van atoomvlakverskynsels, is kwantummeganika nuttig om 'n grootskaalse verskynsel soos supervloeistof , supergeleiding en biologiese stelsels te verstaan , insluitend die funksie van reukreseptore en die strukture van proteïene . ^{[ aanhaling nodig ]}

Mense, soos alle bekende dinge in die heelal, is konstant in beweging; ^{[2] : 8-9} , behalwe vir die voor die hand liggende bewegings van die verskillende uiterlike liggaamsdele en beweging , is mense egter op verskillende maniere aan die gang, wat moeiliker waarneembaar is . Baie van hierdie 'onmerkbare bewegings' is slegs waarneembaar met behulp van spesiale gereedskap en noukeurige waarneming. Die groter skale van onmerkbare bewegings is vir twee mense moeilik om waar te neem: Newton se bewegingswette (veral die derde) wat die gevoel van beweging op 'n massa waaraan die waarnemer verbind is, voorkom en die gebrek aan 'n duidelike verwysingsraamwerk waardeur individue maklik kan sien dat hulle beweeg. ^[7] Die kleiner skale van hierdie bewegings is te klein om konvensioneel met menslike sintuie opgespoor te word .

Heelal

Ruimtetyd (die weefsel van die heelal) brei uit, wat beteken dat alles in die heelal soos 'n rekkie strek . Hierdie beweging is die duisterste, aangesien dit nie fisiese beweging as sodanig is nie, maar eerder 'n verandering in die natuur van die heelal. Die primêre bron van verifikasie van hierdie uitbreiding is verskaf deur Edwin Hubble, wat getoon het dat alle sterrestelsels en verre sterrekundige voorwerpe van die aarde af wegbeweeg, bekend as die wet van Hubble , voorspel deur 'n universele uitbreiding. ^[8]

sterrestelsel

Die Melkwegstelsel beweeg deur die ruimte en baie sterrekundiges meen die snelheid van hierdie beweging is ongeveer 600 kilometer per sekonde (1.340.000 mph) relatief tot die waargenome plekke van ander nabygeleë sterrestelsels. Die Cosmic-mikrogolfagtergrond bied ' n ander verwysingsraamwerk . Hierdie verwysingsraamwerk dui aan dat die melkweg ongeveer 582 kilometer per sekonde (1.300.000 km / h) beweeg. ^{[9] [ mislukte verifikasie ]}

Son en sonnestelsel

Die Melkweg is roterende rondom sy digte galaktiese sentrum , dus die son beweeg in 'n sirkel binne die sterrestelsel se swaartekrag . Weg van die sentrale bult, of buitenste rand, die tipiese ster snelheid is tussen 210 en 240 kilometer per sekonde (470000 en 540000 mph). ^[10] Alle planete en hul mane beweeg saam met die son. Dus beweeg die sonnestelsel.

Aarde

Die aarde draai of draai om sy as . Dit word dag en nag bewys , by die ewenaar het die aarde 'n oosterse snelheid van 0,4651 kilometer per sekonde (1 040 mph). ^[11] Die aarde is ook 'n baan rondom die son in 'n orbitaal revolusie . 'N Volledige wentelbaan om die son duur een jaar , of ongeveer 365 dae; dit is gemiddeld 'n snelheid van ongeveer 30 kilometer per sekonde (67.000 mph). ^[12]

Kontinente

Die Theory of Plate-tektoniek vertel ons dat die vastelande op konveksie strome in die mantel dryf, wat veroorsaak dat hulle teen die stadige snelheid van ongeveer 2,54 sentimeter per jaar oor die planeet beweeg . ^{[13] [14]} Die snelhede van plate wissel egter wyd. Die vinnigste bewegende plate is die oseaanplate, met die Cocos-plaat met 'n tempo van 75 millimeter (3,0 in) per jaar ^[15] en die Stille Oseaan-plaat beweeg 52-69 millimeter (2,0-2,7 in) per jaar. Aan die ander kant is die Eurasiese plaat die traagste beweging , met 'n tipiese tempo van ongeveer 21 millimeter (0,83 inch) per jaar.

Interne liggaam

Die menslike hart trek voortdurend saam om bloed deur die liggaam te beweeg . Deur groter are en are in die liggaam is gevind dat bloed ongeveer 0,33 m / s beweeg. Alhoewel daar aansienlike variasies bestaan, is daar piekvloei in die venae cavae tussen 0,1 en 0,45 meter per sekonde (0,33 en 1,48 voet / s) gevind. ^[16] Daarbenewens beweeg die gladde spiere van hol inwendige organe . Die bekendste is die voorkoms van peristalse , waar verteerde voedsel dwarsdeur die spysverteringskanaal gedwing word . Alhoewel verskillende voedselsoorte teen verskillende snelhede deur die liggaam beweeg, is die gemiddelde snelheid deur die dunderm van die mens 3,48 kilometer per uur (2,16 mph). ^[17] Die menslike limfstelsel veroorsaak ook voortdurend bewegings van oortollige vloeistowwe , lipiede en immuunstelselverwante produkte in die liggaam. Daar is gevind dat die limfvloeistof ongeveer 0,0000097 m / s deur 'n limfkapillêr van die vel beweeg . ^[18]

Selle

Die selle van die menslike liggaam het baie strukture wat dwarsdeur hulle beweeg. Sitoplasmiese streaming is 'n manier waarop selle beweeg molekulêre stowwe dwarsdeur die sitoplasma , ^[19] verskillende motor proteïene werk as molekulêre motors binne 'n sel en skuif langs die oppervlak van verskeie sellulêre substrate soos mikrotubules , en motoriese proteïene is tipies aangedryf deur die hidrolise van adenosientrifosfaat (ATP), en omskep chemiese energie in meganiese werk. ^[20] Daar is gevind dat vesels wat aangedryf word deur motorproteïene, 'n snelheid van ongeveer 0,00000152 m / s het. ^[21]

Deeltjies

Volgens die wette van termodinamika is alle deeltjies van materie konstant in willekeurige beweging, solank die temperatuur bo absolute nul is . Dus, die molekules en atome waaruit die menslike liggaam bestaan, vibreer, bots en beweeg. Hierdie beweging kan opgespoor word as temperatuur; hoër temperature, wat groter kinetiese energie in die deeltjies voorstel, voel warm vir mense wat die termiese energie waarneem wat oorgedra word vanaf die voorwerp wat na hul senuwees geraak word. As die voorwerpe van laer temperatuur aangeraak word, beskou die sintuie die warmteoordrag van die liggaam af as koud. ^[22]

Subatomiese deeltjies

Binne elke atoom bestaan ​​daar elektrone in 'n gebied rondom die kern. Hierdie streek word die elektronwolk genoem . Volgens Bohr se atoommodel het elektrone 'n hoë snelheid , en hoe groter die kern is wat hulle wentel, hoe vinniger sal hulle nodig hê om te beweeg. As elektrone op 'n streng manier rondom die elektronwolk beweeg, op dieselfde manier as wat planete om die son wentel, is dit nodig om dit te doen teen snelhede wat die ligspoed ver oorskry. Daar is egter geen rede dat u jouself moet beperk tot hierdie streng konseptualisering nie, dat elektrone op dieselfde manier beweeg as wat makroskopiese voorwerpe doen. Inteendeel, 'n mens kan elektrones konseptualiseer as 'deeltjies' wat wispelturig binne die grense van die elektronwolk bestaan. ^[23] Binne-in die atoomkern beweeg die protone en neutrone waarskynlik ook weens die elektriese afstoting van die protone en die teenwoordigheid van hoekmomentum van albei deeltjies. ^[24]

Lig beweeg teen 'n snelheid van 299,792,458 m / s, oftewel 299,792,458 kilometer per sekonde (186,282,397 mi / s), in 'n vakuum. Die spoed van lig in vakuum (of c ) is ook die spoed van alle massalose deeltjies en gepaardgaande velde in 'n vakuum, en dit is die boonste perk op die snelheid waarmee energie, materie, inligting of oorsaak kan beweeg. Die spoed van lig in vakuum is dus die boonste limiet vir spoed vir alle fisiese stelsels.

Daarbenewens is die snelheid van die lig 'n onveranderlike hoeveelheid: dit het dieselfde waarde, ongeag die posisie of spoed van die waarnemer. Hierdie eienskap maak die snelheid van die lig c ' n natuurlike metingseenheid vir snelheid en fundamentele konstante van die natuur.

• Eenvoudige harmoniese beweging - (bv. Die van 'n slinger ).
• Lineêre beweging - beweging wat 'n reguit lyn volg, en waarvan die verplasing presies dieselfde is as die trajek . [Ook bekend as reglynige beweging
• Wederkerige beweging
• Brownse beweging (dws die willekeurige beweging van deeltjies)
• Sirkelbeweging (bv. Die wentelbane van planete)
• Rotasiebeweging - 'n beweging rondom 'n vaste punt. (bv. Reuzenrad ).
• Kromlynige beweging - Dit word gedefinieer as die beweging langs 'n geboë baan wat vlak of in drie dimensies kan wees.
• Rolbeweging - (vanaf die fietswiel)
• Oscillerend - (swaai van kant tot kant)
• Trilbeweging
• Kombinasie (of gelyktydige) bewegings - Kombinasie van twee of meer bogenoemde bewegings
• Projektielbeweging - eenvormige horisontale beweging + vertikale versnelde beweging

• Lineêre beweging
• Sirkelbeweging
• Swaai
• Golf
• Momentum
• Relatiewe beweging
• Fundamentele mosies

• Kinematika
• Eenvoudige masjiene
• Kinematiese ketting
• Krag
• Masjien
• Beweging (meetkunde)
• Beweging vang
• Verplasing
• Vertaalbeweging

• Media verwant aan Motion op Wikimedia Commons