Hareket (fizik)
Fizikte, hareket zaman içinde bir nesnenin konumundaki değişikliktir. Hareket, yer değiştirme, mesafe, hız, hızlanma, hız ve zaman bakımından matematiksel olarak tanımlanır. Bir vücudun hareketi, bir gözlemciye bir referans çerçevesi ekleyerek ve bu çerçeveye göre vücudun pozisyonundaki değişikliği ölçerek gözlenir.
Bir nesnenin konumu belirli bir referans çerçevesine göre değişmiyorsa, nesnenin hareketsiz, durağan olduğu veya çevresine referansla sabit veya zamanla değişmeyen bir pozisyonda olduğu söylenir. Mutlak bir referans çerçevesi olmadığından, mutlak hareket belirlenemez. Böylece, evrendeki her şeyin hareket halinde olduğu düşünülebilir.
Hareket çeşitli fiziksel sistemlere uygulanır: nesneler, cisimler, madde parçacıkları, madde alanları, radyasyon, radyasyon alanları, radyasyon parçacıkları, eğrilik ve uzay-zaman. Kişi ayrıca görüntülerin, şekillerin ve sınırların hareketinden de söz edebilir. Bu nedenle, genel olarak hareket terimi, uzayda bir fiziksel sistemin pozisyonlarında veya konfigürasyonunda sürekli bir değişikliği ifade eder. Örneğin, bir dalganın hareketi veya kuantum partikülün hareketi hakkında konuşabilir, burada konfigürasyon belirli pozisyonları işgal etme olasılıklarından oluşur.
Bir vücudun hareketini ölçen temel miktar momentumdur. Bir nesnenin momentumu, nesnenin kütlesi ve hızı ile artar. Yalıtılmış bir sistemdeki tüm nesnelerin toplam momentumu (dış kuvvetlerden etkilenmeyen), momentumun korunumu yasasında tanımlandığı gibi zamanla değişmez. Bir nesnenin hareketi ve dolayısıyla momentumu, nesneye bir kuvvet etki etmedikçe değişemez.
Hareket kanunları
Fizikte, masif cisimlerin hareketi, mekanikle ilgili iki kanun kümesiyle açıklanmaktadır. Evrendeki tüm büyük ölçekli ve tanıdık nesnelerin hareketleri (arabalar, mermiler, gezegenler, hücreler ve insanlar gibi) klasik mekanik tarafından tanımlanırken, çok küçük atomik ve atom altı nesnelerin hareketi kuantum mekaniği ile tanımlanmaktadır. Tarihsel olarak, Newton ve Euler, klasik mekaniğin üç yasasını formüle etti:
| İlk yasa: | Eylemsiz referans çerçevesinde, bir nesne durmadan kalır veya bir net kuvvet tarafından etkilenmediği sürece sabit bir hızda hareket etmeye devam eder. |
| İkinci yasa: | Eylemsiz referans çerçevesinde, bir nesnede F kuvvetlerinin vektör toplamı, o nesnenin a ivmesi ile çarpılan o nesnenin kütlesine eşittir:F = ma. |
| Üçüncü yasa: | Bir cisim ikinci bir cisim üzerinde bir kuvvet uyguladığı zaman, ikinci cisim eşzamanlı olarak birinci cisim üzerinde aynı büyüklükte ve zıt yönde bir kuvvet uygular. |
Klasik mekanik
Klasik mekanik, makroskobik nesnelerin, mermilerden makine parçalarına ve uzay aracı, gezegenler, yıldızlar ve galaksiler gibi astronomik nesnelerin hareketlerini tanımlamak için kullanılır. Bu alanlarda çok kesin sonuçlar verir ve bilim, mühendislik ve teknolojideki en eski ve en büyüklerden biridir.
Klasik mekanik temel olarak Newton'un hareket yasalarına dayanır. Bu yasalar, bir cisime etkiyen kuvvetler ile o cisim hareketi arasındaki ilişkiyi tanımlar. İlk olarak 5 Temmuz 1687'de yayınlanan Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica çalışmalarında Sir Isaac Newton tarafından derlendi. Newton'un üç yasası:
- Bir cisim eylemsiz veya ona bir dış kuvvet uygulanmadıkça sabit hızla hareket eder.
- Bir nesne yalnızca bir dış kuvvet yönünü değiştirene kadar bir yönde hareket edecektir.
- Ne zaman bir cisim ikinci bir cisime F kuvveti uygularsa, (bazı durumlarda, hala durmakta olan) ikinci cisim ilk cisim üzerine −F kuvveti uygular. F ve −F, büyüklük bakımından eşittir ve anlam bakımından zıttır. Böylece, F uygulayan cisim geriye doğru gider.
Newton'un üç hareket yasası, uzayda yörüngeye bakan gövdeleri anlamak için matematiksel bir model sunan ilk kişiydi. Bu açıklama gök cisimlerinin hareketini ve dünyadaki cisimlerin hareketini birleştirdi.
Düzenli hareket:
Bir nesne belirli bir yönde sabit bir hızda düzenli zaman aralıklarında hareket ettiğinde, homojen hareket olarak bilinir. Örneğin: sabit hızda düz bir çizgide hareket eden bir bisiklet. Eğer v = bitiş ve başlangıç hızı ise, t = zaman ise, s = yerini alır, sonra:
![{\displaystyle \mathbf {s} =\mathbf {v} t}](data:image/svg+xml; charset=utf-8; profile="https://www.mediawiki.org/wiki/Specs/SVG/1.0.0";base64,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)
Göreceli mekaniği
Elektromanyetizma çalışması ile geliştirilen modern kinematik ve tüm hızları v ışık hızına c oranla ifade eder. Hız daha sonra hızlılık olarak yorumlanır; hiperbolik açı φ hangi hiperbolik teğet fonksiyonunun tanh φ = v/c. Hızlanma, hız değişikliği, daha sonra Lorentz dönüşümlerine göre hızlılığı değiştirir. Mekaniğin bu kısmı özel göreliliktir. Yerçekimini göreceli mekaniğine dahil etme çabaları W. K. Clifford ve Albert Einstein tarafından yapılmıştır. Gelişim, yerçekimli kavisli bir evreni tanımlamak için diferansiyel geometri kullandı; Çalışmaya genel görelilik denir.
Kuantum mekaniği
Kuantum mekaniği, maddenin atomik seviyesindeki (moleküller ve atomlar) fiziksel gerçekliği ve atom altı parçacıkları (elektronlar, protonlar, nötronlar ve kuarklar gibi daha küçük temel parçacıklar) tanımlayan bir ilkeler kümesidir. Bu tanımlamalar, hem dalga hem de radyasyon enerjisinin dalga-parçacık dualitesinde tarif edildiği gibi eşzamanlı dalga benzeri ve parçacık benzeri davranışını içerir.
Klasik mekanikte, konum ve hız gibi nesnelerin durumunun doğru ölçümleri ve tahminleri hesaplanabilir. Kuantum mekaniğinde, Heisenberg belirsizlik ilkesi nedeniyle, konumu ve hızı gibi bir atom altı parçacığın tam durumu aynı anda belirlenemez.
Atomik seviye fenomenlerinin hareketini tanımlamaya ek olarak, kuantum mekaniği, koku alma reseptörleri ve proteinlerin yapıları dahil olmak üzere süper akışkanlık, süper iletkenlik ve biyolojik sistemler gibi bazı büyük ölçekli fenomenleri anlamada yararlıdır.
"Algılanamaz" insan hareketlerinin listesi
İnsanlar, evrendeki tüm bilinen şeyler gibi, sürekli hareket halindedir: ancak, çeşitli dış vücut kısımlarının ve hareketlerin belirgin hareketlerinin yanı sıra, insanlar algılaması daha zor olan çeşitli şekillerde hareket halindedir. Bu “algılanamayan hareketlerin” çoğu ancak özel araçlar ve dikkatli gözlemlerle algılanabilir. Algılanamayan hareketlerin daha büyük ölçekleri, iki nedenden dolayı insanların algılaması zordur: gözlemcinin bağlı olduğu bir kütle üzerinde hareket hissini önleyen Newton'un hareket yasaları (özellikle üçüncü) ve açık bir referans çerçevesi olmaması Bu, bireylerin hareket ettiklerini kolayca görmelerini sağlayacaktır. Bu hareketlerin daha küçük ölçekleri, geleneksel olarak insan duyularıyla algılanamayacak kadar küçüktür.
Evren
Uzay-zaman (evrenin dokusu) genişliyor, yani evrendeki her şey bir lastik bant gibi uzuyor. Bu hareket, fiziksel hareket olmadığı için en belirsiz olanıdır, aksine evrenin doğasında bir değişimdir. Bu genişlemenin birincil doğrulama kaynağı, tüm galaksilerin ve uzak astronomik nesnelerin, evrensel bir genişleme ile tahmin edilen Hubble yasası olarak bilinen Dünya'dan uzaklaştığını gösteren Edwin Hubble tarafından sağlandı.
Galaksi
Samanyolu Gökadası uzayda ilerliyor ve birçok gökbilimci, bu hareketin hızının, yakındaki diğer galaksilerin gözlemlenen yerlerine göre saniyede yaklaşık 600 kilometre (1.340.000 mil) olduğuna inanıyor. Kosmik mikrodalga fonu tarafından başka bir referans çerçevesi sağlanmıştır. Bu referans çerçevesi Samanyolu'nun saniyede yaklaşık 582 kilometre (1.300.000 mil) hızla hareket ettiğini göstermektedir.
Güneş ve güneş sistemi
Samanyolu yoğun galaktik merkezinin etrafında dönüyor, böylece güneş galaksinin yerçekimi içindeki bir dairede hareket ediyor. Merkezi çıkıntıdan veya dış kenardan uzakta, tipik yıldız hızı saniyede 210 ila 240 kilometredir (470.000 ila 540.000 mil). Tüm gezegenler ve ayları güneşle birlikte hareket eder. Böylece, güneş sistemi hareket ediyor.
Dünya
Dünya kendi ekseni etrafında dönüyor. Bu, gece ve gündüz kanıtlanır, ekvatorda, dünya saniyede 0.4651 kilometre (1.040 mil) doğu yönünde bir hıza sahiptir. Dünya ayrıca yörüngeli bir devrimle Güneş'in etrafında dolaşıyor. Güneş etrafında tam bir yörünge bir yıl veya yaklaşık 365 gün sürer; saniyede yaklaşık 30 kilometre hız (67.000 mil) ortalamasıdır.
Kıtalar
Levha tektoniği teorisi bize kıtaların manto içindeki konveksiyon akımlarına doğru sürüklendiklerini ve onların yılda yaklaşık 2,54 santimetre (1 inç) yavaş hızında gezegenin yüzeyinde hareket etmelerine neden olduğunu söylemektedir. Bununla birlikte, plakaların hızları geniş ölçüde değişmektedir. En hızlı hareket eden plakalar, okyanus plakalarıdır, Cocos Plakası yılda 75 milimetre (3,0 inç) ilerler ve Pacific Plakası yılda 52–69 milimetre (2,0-2,7 inç) hareket eder. Diğer uçta, en yavaş hareket eden plaka, yılda yaklaşık 21 milimetre (0,83 inç) tipik bir hızda ilerleyen Avrasya Plakasıdır.
İç vücut
İnsan kalbi, kanı vücudun her yerine taşımak için sürekli büzüşüyor. Vücuttaki daha büyük damarlar ve arterler yoluyla kanın yaklaşık 0.33 m/s'de yolculuk ettiği bulunmuştur. Her ne kadar önemli varyasyonlar mevcut olsa da yinede venae kavalarındaki tepe akımları saniyede 0,1 ile 0,45 metre arasında (0,33 ve 1,48 ft/s) bulunmuştur. Ayrıca, içi boş iç organların düz kasları hareket eder. En aşina olanı, sindirilmiş gıdanın sindirim sistemi boyunca zorlandığı peristalsis'in ortaya çıkması olacaktır. Farklı gıdalar vücutta farklı oranlarda seyahat etse de, insan ince bağırsağında ortalama bir hızı saatte 3,48 kilometredir (2,16 mil). İnsan lenfatik sistemi de sürekli vücutta aşırı sıvı, lipit ve bağışıklık sistemi ile ilgili ürünlerin hareketlerine neden olmaktadır. Lenf sıvısının yaklaşık 0,0000097 m/s'de cildin lenf kılcal damarlarından geçtiği bulunmuştur.
Hücreler
İnsan vücudunun hücreleri, içinde hareket eden birçok yapıya sahiptir. Sitoplazmik akış, hücrelerin sitoplazma boyunca moleküler maddeleri hareket ettirdiği, çeşitli motor proteinlerinin bir hücre içinde moleküler motorlar gibi hareket ettiği ve mikrotüpler gibi çeşitli hücresel substratların yüzeyi boyunca hareket ettiği ve motor proteinlerinin tipik olarak adenosin trifosfatın hidrolizi ile desteklendiği bir yoldur (ATP) ve kimyasal enerjiyi mekanik işe dönüştürür. Motor proteinleri tarafından tahrik edilen veziküllerin yaklaşık 0.00000152 m/s hıza sahip olduğu bulunmuştur.
Parçacıklar
Termodinamik yasalarına göre, sıcaklık mutlak sıfırın üzerinde olduğu sürece tüm madde parçacıkları sabit rasgele hareket halindedir. Böylece insan vücudunu oluşturan moleküller ve atomlar titreşir, çarpışır ve hareket eder. Bu hareket sıcaklık olarak algılanabilir; parçacıklarda daha büyük kinetik enerjiyi temsil eden daha yüksek sıcaklıklar, dokunulmakta olan cisimden sinirlerine aktarılan termal enerjiyi algılayan insanlara karşı sıcak hisseder. Benzer şekilde, daha düşük sıcaklıktaki nesnelere dokunulduğunda, duyular ısının vücuttan uzaklaşmasını soğuk algınlığı olarak algılar.
Atomaltı parçacıklar
Her atomun içinde elektronlar çekirdeğin etrafındaki bir bölgede bulunur. Bu bölgeye elektron bulutu denir. Bohr'un atom modeline göre, elektronlar yüksek bir hıza sahipler ve çekirdeği büyüdükçe daha hızlı hareket etmeleri gerekecektir. Elektronlar, elektron bulutu etrafında katı yollarda aynı şekilde hareket ederlerse, gezegenlerin güneşi yörüngede döndürdüğü şekilde, elektronların bunu ışık hızının çok ötesindeki hızlarda yapması gerekir Ancak, kişinin kendini bu katı kavramsallaştırma ile sınırlandırması gerekmiyor, elektronların makroskopik nesnelerin yaptığı gibi yollarda hareket etmesi gerekmiyor. Aksine, elektronlar elektron bulutunun sınırları içinde kaprisli bir şekilde var olan 'parçacıklar' olarak kavramsallaştırılabilir. Atom çekirdeğinin içinde, protonlar ve nötronlar da protonların elektriksel itmesi ve her iki partikülün açısal momentumunun varlığından dolayı muhtemelen hareket ediyorlar.
ışık
Işık, bir vakumda saniyede 299,792,458 m/s veya 299,792.458 kilometre hızında (186,282.397 mi/s) hareket eder. Vakumdaki (veya c) ışığın hızı aynı zamanda bir vakumdaki tüm kütlesiz parçacıkların ve ilişkili alanların hızıdır ve enerjinin, maddenin, bilginin veya nedenselliğin hareket edebileceği hız üzerindeki üst sınırdır. Dolayısıyla, vakumdaki ışığın hızı, tüm fiziksel sistemler için hız için üst sınırdır.
Ek olarak, ışığın hızı değişmeyen bir miktardır: gözlemcinin konumuna veya hızına bakılmaksızın aynı değere sahiptir. Bu özellik, ışığın hızını c hız ve doğanın temel sabiti için doğal bir ölçüm birimi yapar.