Mehaaniline liikumine

Sellest, kas keha liigub, saame aru selle järgi, et alguses on keha ühes, natukese aja pärast aga teises kohas. Füüsikas öeldakse selle kohta, et liikumine on keha asukoha muutus ruumis. Nii lendav lind kui ka sõitev auto liigub, nende liikumises on midagi sarnast, aga ka midagi erinevat. Selleks et liikumist kirjeldada, peame teadma, millega liikumist iseloomustatakse.

Iga keha liigub mingit kindlat teed mööda. Lind saab oma liikumistee ise valida, aga ta peab arvestama sellega, et tee peale võivad ette jääda puud ja majad. Auto liikumine on rohkem piiratud, sest auto saab sõita ainult mööda tänavat või teed. Füüsikas nimetatakse teed, mida mööda keha liigub, trajektooriks.

Keha liikumistee võib olla nii sirge kui ka kõver. Kui lasta kivi käest lahti, siis kukub see maapinna poole mööda sirget trajektoori, aga kui kivi maapinnaga paralleelselt visata, siis on kukkumise trajektoor kaarekujuline. Trajektoori kuju järgi jagatakse liikumine sirgjooneliseks ja kõverjooneliseks. Võib öelda ka sirg- ja kõverliikumine.

Kehad võivad liikudes läbida väga erineva vahemaa. Kui lind lendab üle õue, läbib ta vaid mõnikümmend meetrit, aga kui auto sõidab Tartust Viljandisse, on vahemaa u 80 kilomeetrit. Füüsikas mõõdetakse keha poolt läbitud tee pikkust piki trajektoori. Vastavat füüsikalist suurust nimetatakse teepikkuseks, mis on läbitud trajektoori pikkus. Seda tähistatakse tähega s. Teepikkust mõõdetakse pikkusühikutes, põhiühik on meeter (1 m), aga kasutatakse ka näiteks kilomeetrit (1 km) või sentimeetrit (1 cm).

Liikumist iseloomustab ka liikumise kestus ehk aeg, mille jooksul liikumine toimub. Näiteks lind lendab üle hoovi mõne sekundiga, auto sõidab Tartust Viljandisse pea tund aega. Füüsikas öeldakse liikumise aja kohta ajavahemik ja see näitab liikumise kestust. Ajavahemiku tähis on t ja põhiühik 1 sekund (1 s). Kasutatakse ka ühikuid 1 minut (1 min) või 1 tund (1 h).

Liikumist iseloomustab ka kiirus. Kõik me teame, et lennuk lendab kiiresti ja tigu roomab aeglaselt. Kiirus näitab, millise ajaga mingi vahemaa läbitakse. Aga kuidas teada saada, kui kiiresti keha liigub? Selleks peame teadma, kui pika vahemaa keha läbis ja kui kaua kulus selleks aega. Füüsika keeles öeldes, me peame teadma trajektoori pikkust ja selle läbimiseks kulunud aega. Seega võib öelda, et kiirus näitab, kui pika tee läbib keha ajaühikus. Kiirust tähistatakse tähega v, mis tuleb ladinakeelsest sõnast vēlōcitās.

Kiiruse iseloomustamiseks kasutatakse veel kahte mõistet: hetkkiirus ja keskmine kiirus.

Keskmine kiirus näitab, millise teepikkuse läbib keha keskmiselt ajaühikus. Seda mõõteriistaga mõõta ei saa, see tuleb arvutada. Keskmise kiiruse leidmiseks tuleb kogu läbitud teepikkus jagada kogu ajaga, mis liikumiseks kulus, st $v_{\mathrm{kesk}}=\frac{s_{\mathrm{kogu}}}{t_{\mathrm{kogu}}}$. Kui keha vahepeal seisis, võetakse ka seisuaeg keskmise kiiruse leidmisel arvesse.

Kujutame ette, et sõitsime bussiga Tartust Tallinna. Teepikkus oli 180 km ning sõidu aeg kaks ja pool tundi. Arvutame bussi kiiruse: $v=\frac{\mathrm{180\; km}}{\mathrm{2,5\; h}}=72 \frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$. Aga kas buss sõitis kogu aeg kiirusega $72 \frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$? Kindlasti mitte. Kui tee oli hea, sõitis buss kiiremini, näiteks $90 \frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$, mis on maanteel lubatud maksimaalne kiirus (kui liiklusmärgiga ei ole osutatud teisiti). Seal, kus oli teeremont, sõitis buss aga aeglasemalt, näiteks $30 \frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$. Võibolla jäi buss vahepeal isegi seisma.

Hetkkiirus on keha kiirus kindlal hetkel. Seda saab mõõta, aga mitte arvutada. Hetkkiirust ei saa arvutada, sest hetke kestus on 0 sekundit. Selle aja jooksul keha edasi ei liigu ja kiiruse valemiga arvutades saaksime, et $v=\frac{\mathrm{0\; m}}{\mathrm{0\; s}}$, mis ei anna meile keha liikumise kohta mingit infot. Seega võib öelda, et kuigi hetkkiirus on keha kiirus kindlal hetkel, on selle väärtus siiski keskmine kiirus, mis on seda täpsem, mida lühema ajavahemiku kohta see leitakse.

Kõigile tuntud hetkkiiruse mõõteriist on näiteks auto spidomeeter. Hetkkiirust mõõdab ka maantee ääres olev kiiruskaamera või politseiniku kiirusradar. Mõlemad seadmed saadavad välja elektromagnetlainete impulsse, mis peegelduvad liikuvalt autolt tagasi mõõteriista. Mõõteriist määrab auto kiiruse kahe järjestikuse impulsi põhjal, selleks registreeritakse nende impulsside mõõteriista tagasi jõudmise aja erinevus ja arvutatakse selle põhjal auto kiirus.