Cztery podstawowe typy ruchu

Fizyka obejmuje bardzo wiele tematów, ale w gruncie rzeczy jest to nauka o tym, jak rzeczy się poruszają. Na poziomie „makro” (dotyczącym rzeczy codziennych i widocznych, w przeciwieństwie do „mikro”, atomowych i subatomowych, zjawisk) wielu fizyków i inżynierów dzieli ruch na cztery podstawowe typy: liniowy, obrotowy, posuwisto-zwrotny i oscyluje. Maszyny z ruchomymi częściami wykazują jeden lub więcej z nich.

Pamiętaj, że nie należy ich mylić z twardym szybkim prawa ruchu; są akceptowane w wielu konwencjach, ale w żadnym wypadku nie reprezentują żelaznych kategorii. Astronomowie na przykład często omawiają ruch w kategoriach obrotu, rotacji, ekspansji kosmicznej i systemów orbitalnych. Cztery rodzaje ruchu mechanicznego są jednak dobrym punktem wyjścia, aby dowiedzieć się, jak rzeczy przechodzą z jednego punktu do drugiego w przestrzeni fizycznej w dobrze znany sposób.

Ruch liniowy, czasami szerzej nazywany ruchem translacyjnym, to po prostu przesunięcie obiektu z jednego punktu w przestrzeni do drugiego. Schematycznie, na typowym wykresie z osiami x i y, jeśli punkt przesunie się od początku (0, 0) do punktu (3, 4), twierdzenie Pitagorasa może być użyte do wykazania, że ​​punkt przeszedł 5 jednostek ruchu liniowego (pierwiastek kwadratowy z 3

Wiele obiektów doświadcza jednocześnie więcej niż jednego typu ruchu, przy czym forma dominująca jest używana jako ogólny deskryptor. Na przykład piłka baseballowa rzucona z miotacza do łapacza oddalonego o 60 stóp przeszła translację ruchu, ale piłka prawdopodobnie obróciła się kilka razy na swojej drodze od kopca miotacza do domu. płyta.

Kiedy coś się obraca, z grubsza rzecz biorąc, kręci się w kółko. Dziecko stojące w jednym miejscu na placu zabaw i kręcące się w kółko, aż dotrze do swojego oryginału punkt początkowy przeszedł ruch obrotowy, ale nie musi dopełniać okręgu, aby tak się stało prawdziwe; kluczową kwestią jest to, że jej ciało obróciło się wokół dobrze zdefiniowanej osi geometrycznej – w tym przypadku biegnącej od czubka głowy do ziemi u jej stóp.

Rotacja to podstawa transportu samochodowego. Aby samochód jako całość można było przełożyć, powiedzmy, z Nowego Jorku na Los Angeles, jego koła muszą się obracać osie samochodu i wiele wewnętrznych części silnika spalinowego samochodu obraca się podczas pracy. Sama Ziemia obraca się wokół własnej osi między biegunem północnym i południowym raz na prawie 24 godziny.

Ruch posuwisto-zwrotny jest powiązany z innymi formami ruchu, w szczególności ruchem oscylacyjnym. W tej formie ruchu obiekt jest przesuwany lub przesuwany liniowo w jednym kierunku, a następnie z powrotem po tej samej ścieżce w przeciwnym kierunku, aż powróci do punktu początkowego; cykl jest następnie powtarzany. Jednym z przykładów jest piła mechaniczna. Mniej oczywistym przykładem jest osoba, która jedzie do pracy, a następnie jedzie do domu tą samą trasą mniej więcej osiem godzin później, a potem powtarza to dzień po dniu. Mogą się one wydawać bardzo różnymi przedsięwzięciami, ale w rzeczywistości różnią się jedynie skalą czasu i odległości; piła może poruszać się z amplitudą zaledwie pół metra i przejeżdżać całą swoją ścieżkę kilka razy na sekundę, podczas gdy osoba dojeżdżająca do pracy może przejechać 20 mil dwa razy dziennie.

Rzeczy, które poruszają się w sposób posuwisto-zwrotny, ale z elementami ruchu obrotowego, takimi jak kołysanie, oscylują. Klasycznym przykładem jest wahadło, które wychyla się ze stałego punktu mocowania i tworzy łuk. Zraszacz lub wentylator oscylacyjny robią to samo, z wyjątkiem tego, że oscylują one w płaszczyźnie poziomej, a nie pionowej i są napędzane silnikami, a nie grawitacją.

Dla kompletności wyobraźmy sobie tego rodzaju zraszacz zamontowany z tyłu samochodu, który porusza się w tę i z powrotem po 50-metrowym odcinku toru kolejowego, poruszając się po łuku 120 stopni. Urządzenie to ma łatwe do zidentyfikowania translacyjne, obrotowe, posuwisto-zwrotne i oscylacyjne formy ruchu, a większość poruszających się obiektów w świecie rzeczywistym wykazuje więcej niż jedną formę ruchu, kiedy się poruszają.