Τέσσερις βασικοί τύποι κίνησης

Η φυσική καλύπτει πάρα πολλά θέματα, αλλά στην καρδιά, είναι η μελέτη του πώς κινούνται τα πράγματα. Σε επίπεδο «μακρο» (σχετικά με τα καθημερινά και ορατά πράγματα, σε αντίθεση με το «μικρο» ή ατομικό και υποατομικό, φαινόμενα) πολλοί φυσικοί και μηχανικοί ταξινομούν την κίνηση σε τέσσερις βασικούς τύπους: γραμμικοί, περιστροφικοί, παλινδρομικοί και ταλαντώνονται. Μηχανές με κινούμενα μέρη εμφανίζουν ένα ή περισσότερα από αυτά.

Σημειώστε ότι αυτά δεν πρέπει να συγχέονται με σκληρά γρήγορα του νόμου κίνησης. γίνονται δεκτές σε πολλές συμβάσεις, αλλά δεν αντιπροσωπεύουν καθόλου τις κατηγορίες ironclad. Οι αστρονόμοι, για παράδειγμα, συχνά συζητούν την κίνηση από την άποψη της επανάστασης, της περιστροφής, της κοσμικής επέκτασης και των συστημάτων σε τροχιά. Τα τέσσερα είδη μηχανικής κίνησης είναι, ωστόσο, ένα καλό σημείο εκκίνησης για να μάθουμε πώς τα πράγματα πηγαίνουν από το ένα σημείο στο άλλο στο φυσικό χώρο με απόλυτα γνωστούς τρόπους.

Η γραμμική κίνηση, μερικές φορές ευρύτερα αποκαλούμενη μεταγραφική κίνηση, είναι απλώς η μετατόπιση ενός αντικειμένου από το ένα σημείο στο διάστημα στο άλλο. Σχηματικά, σε ένα τυπικό γράφημα με άξονες x και y, εάν ένα σημείο μετατοπίζεται από την αρχή στο (0, 0) στο σημείο (3, 4), το Πυθαγόρειο θεώρημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει ότι το σημείο έχει υποστεί 5 μονάδες γραμμικής κίνησης (η τετραγωνική ρίζα του 3

Πολλά αντικείμενα αντιμετωπίζουν περισσότερους από έναν τύπους κίνησης ταυτόχρονα, με την κυρίαρχη μορφή να χρησιμοποιείται ως ο συνολικός περιγραφέας. Για παράδειγμα, ένα μπέιζμπολ που ρίχτηκε από μια στάμνα στο catcher 60 πόδια μακριά έχει υποστεί μετάφραση κίνηση, αλλά η μπάλα πιθανότατα έχει περιστραφεί αρκετές φορές κατά μήκος της διαδρομής της από το ανάχωμα του στάμπερ στο σπίτι πλάκα.

Όταν κάτι περιστρέφεται, μιλώντας περίπου, περιστρέφεται γύρω από έναν κύκλο. Ένα παιδί στέκεται σε ένα σημείο σε παιδική χαρά και περιστρέφεται σε κύκλο μέχρι να φτάσει στο πρωτότυπο το σημείο εκκίνησης έχει υποστεί περιστροφική κίνηση, αλλά δεν χρειάζεται να ολοκληρώσει τον κύκλο για να γίνει αυτό αληθής; το βασικό σημείο είναι ότι το σώμα της περιστράφηκε γύρω από έναν καλά καθορισμένο γεωμετρικό άξονα - στην περίπτωση αυτή, ένας που τρέχει από την κορυφή του κεφαλιού της προς το έδαφος στα πόδια της.

Η περιστροφή είναι το θεμέλιο των μεταφορών αυτοκινήτων. Για να μεταφραστεί ένα αυτοκίνητο στο σύνολό του, ας πούμε, από τη Νέα Υόρκη στο Λος Άντζελες, οι τροχοί του πρέπει να περιστρέφονται οι άξονες του αυτοκινήτου και πολλά από τα εσωτερικά μέρη του κινητήρα καύσης του αυτοκινήτου περιστρέφονται καθώς λειτουργούν. Η ίδια η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της μεταξύ του Βορρά και του Νότου Πολωνών μία φορά σχεδόν κάθε 24 ώρες.

Η παλινδρομική κίνηση σχετίζεται με άλλες μορφές κίνησης, ιδίως την κίνηση ταλάντωσης. Σε αυτή τη μορφή κίνησης, ένα αντικείμενο μεταφράζεται, ή μετακινείται γραμμικά, προς μία κατεύθυνση και μετά επιστρέφει κατά μήκος της ίδιας διαδρομής στην αντίθετη κατεύθυνση μέχρι να επιστρέψει στο σημείο εκκίνησης. ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Ένα παράδειγμα είναι ένα πριόνι. Ένα λιγότερο προφανές παράδειγμα είναι ένα άτομο που οδηγεί στη δουλειά και μετά οδηγεί στο σπίτι κατά μήκος της ίδιας διαδρομής οκτώ ή και περισσότερες ώρες αργότερα και στη συνέχεια επαναλαμβάνει αυτή τη μέρα με τη μέρα. Αυτά μπορεί να φαίνονται σαν πολύ διαφορετικές προσπάθειες, αλλά στην πραγματικότητα διαφέρουν μόνο σε κλίμακες χρόνου και απόστασης. Το πριόνι μπορεί να κινηθεί σε πλάτος μόλις μισού μέτρου και να διανύσει ολόκληρη τη διαδρομή εισόδου του αρκετές φορές ανά δευτερόλεπτο, ενώ ένας μετακινούμενος μπορεί να ταξιδεύει 20 μίλια δύο φορές την ημέρα.

Πράγματα που κινούνται με παλινδρομικό τρόπο, αλλά με στοιχεία περιστροφικής κίνησης όπως ταλαντεύονται, λέγονται ταλαντωμένα. Ένα εκκρεμές, το οποίο περιστρέφεται από ένα σταθερό σημείο σύνδεσης και εντοπίζει ένα τόξο, είναι ένα κλασικό παράδειγμα. Ένας ψεκαστήρας ή ένας ταλαντωμένος ανεμιστήρας κάνει το ίδιο πράγμα, εκτός από το ότι αυτοί ταλαντεύονται σε οριζόντιο επίπεδο παρά σε κατακόρυφο επίπεδο και τροφοδοτούνται από κινητήρες και όχι από τη βαρύτητα.

Για λόγους πληρότητας, φανταστείτε έναν ψεκαστήρα αυτού του είδους τοποθετημένο στο πίσω μέρος ενός αυτοκινήτου που ανιχνεύει 120 μοίρες τόξου ενώ κινείται μπρος-πίσω κατά μήκος μιας σιδηροδρομικής γραμμής 50 μέτρων. Αυτή η συσκευή έχει εύκολα αναγνωρίσιμες μεταφραστικές, περιστροφικές, παλινδρομικές και ταλαντωμένες μορφές κίνησης και τα περισσότερα κινούμενα αντικείμενα του πραγματικού κόσμου εμφανίζουν περισσότερες από μία μορφές κίνησης όταν κινούνται.