Движение - Motion

Для использования в других целях см. Движение (значения).
Движение предполагает изменение положения

В физика, движение - это явление, при котором объект меняет свое позиция через некоторое время. Математически движение описывается с помощью смещение, расстояние, скорость, ускорение, скорость, и время. Движение тела наблюдается путем присоединения точка зрения наблюдателю и измеряет изменение положения тела относительно этого кадра с изменением во времени. Раздел физики, описывающий движение объектов без ссылки на его причину, - это кинематика; ветвь, изучающая силы и их влияние на движение: динамика.

Если объект не изменяется относительно данной системы координат, объект называется на отдыхе, неподвижен, неподвижен, стационарный, или иметь постоянную или неизменный во времени положение по отношению к его окружению. Поскольку не существует абсолютной системы отсчета, абсолютное движение не может быть определено.[1] Таким образом, можно считать, что все во Вселенной находится в движении.[2]:20–21

Движение применяется к различным физическим системам: к объектам, телам, частицам материи, полям материи, излучению, полям излучения, частицам излучения, кривизне и пространству-времени. Можно также говорить о движении образов, форм и границ. Итак, термин «движение», в общем, означает непрерывное изменение положения или конфигурации физической системы в пространстве. Например, можно говорить о движении волны или о движении квантовой частицы, где конфигурация состоит из вероятностей занятия определенных позиций.

Основная величина, измеряющая движение тела, - это импульс. Импульс объекта увеличивается с увеличением его масса и с его скоростью. Суммарный импульс всех объектов в изолированная система (не подверженный влиянию внешних сил) не меняется со временем, как описано в закон сохранения количества движения. Движение объекта и, следовательно, его импульс не может измениться, если сила действует на организм.

Законы движения

Основная статья: Механика

В физике движение массивных тел описывается двумя связанными наборами законы механики. Движение всех крупных и знакомых объектов Вселенной (например, легковые автомобили, снаряды, планеты, клетки, и люди ) описываются классическая механика, тогда как движение очень малых атомный и субатомный объекты описываются квантовая механика. Исторически Ньютон и Эйлер сформулировали три закона классической механики:

Первый закон:В инерциальная система отсчета, объект либо остается в покое, либо продолжает движение с постоянной скорость, если на это не действует равнодействующая сила.
Второй закон:В инерциальной системе отсчета вектор сумма из силы F на объекте равно масса м этого объекта, умноженного на ускорение а объекта: F = ма.

Если равнодействующая сила F воздействие на тело или объект не равно нулю, тело будет иметь ускорение а которая находится в том же направлении, что и результирующая.

Третий закон:Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело одновременно оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению.

Классическая механика

Часть серии по
Классическая механика

Классическая механика используется для описания движения макроскопический объекты, из снаряды к частям машины, а также астрономические объекты, Такие как космический корабль, планеты, звезды, и галактики. Он дает очень точные результаты в этих областях и является одним из старейших и крупнейших в наука, инженерное дело, и технологии.

В основе классической механики лежит Законы движения Ньютона. Эти законы описывают взаимосвязь между силами, действующими на тело, и движением этого тела. Впервые они были составлены Сэр Исаак Ньютон в его работе Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, впервые опубликовано 5 июля 1687 года. Три закона Ньютона:

  1. А тело либо находится в состоянии покоя, либо движется с постоянной скоростью до тех пор, пока к нему не будет приложена внешняя сила.
  2. Объект будет двигаться только в одном направлении, пока внешняя сила не изменит его направление.
  3. Всякий раз, когда одно тело проявляет силу F на второе тело (в некоторых случаях, которое стоит на месте) второе тело оказывает силу -F по первому кузову. F и -F равны по величине и противоположны по смыслу. Итак, тело, которое F пойдет назад.[3]

Три закона движения Ньютона были первыми, кто точно предоставил математическую модель для понимания вращающийся по орбите тела в космическое пространство. Это объяснение объединило движение небесных тел и движение объектов на Земле.

Равномерное движение:

Когда объект движется с постоянной скоростью в определенном направлении через равные промежутки времени, он известен как равномерное движение. Например: велосипед движется по прямой с постоянной скоростью.

Уравнения равномерного движения:

Если = конечная и начальная скорость, = время и = смещение, тогда:

Релятивистская механика

Современная кинематика развивалась с учётом электромагнетизм и относится ко всем скоростям v к их отношению к скорость света c. Тогда скорость интерпретируется как быстрота, то гиперболический угол φ, для которого функция гиперболического тангенса tanh φ = v/c. Ускорение, изменение скорости, затем изменяется скорость в соответствии с Преобразования Лоренца. Эта часть механики специальная теория относительности. Усилия по включению сила тяжести в релятивистскую механику сделали В. К. Клиффорд и Альберт Эйнштейн. Используемая разработка дифференциальная геометрия описать искривленную Вселенную с гравитацией; исследование называется общая теория относительности.

Квантовая механика

Часть серии на
Квантовая механика

Квантовая механика это набор принципов, описывающих физическая реальность на атомном уровне материи (молекулы и атомы ) и субатомные частицы (электроны, протоны, нейтроны, и даже меньше элементарные частицы Такие как кварки ). Эти описания включают одновременное волновое и частичное поведение обоих иметь значение и радиация энергия, как описано в дуальность волна-частица.[4]

В классической механике точный измерения и предсказания состояния объектов можно вычислить, например место расположения и скорость. В квантовой механике из-за Принцип неопределенности Гейзенберга полное состояние субатомной частицы, такое как ее местоположение и скорость, не может быть определено одновременно.[нужна цитата ]

Помимо описания движения явлений на атомном уровне, квантовая механика полезна для понимания некоторых крупномасштабных явлений, таких как сверхтекучесть, сверхпроводимость, и биологические системы, включая функцию рецепторы запаха и структуры белка.[нужна цитата ]

Третий закон ньютоновского движения гласит: «Для каждого действия существует равное, но противоположное противодействие».

Список «неуловимых» движений человека

Люди, как и все известные объекты во Вселенной, находятся в постоянном движении;[2]:8–9 однако, помимо очевидных движений различных внешних тело части и движение, люди движутся разными способами, которые труднее понимать. Многие из этих «незаметных движений» можно ощутить только с помощью специальных инструментов и внимательного наблюдения. Больший масштаб неуловимых движений людям трудно воспринимать по двум причинам: Законы движения Ньютона (особенно третий), который предотвращает ощущение движения массы, с которой связан наблюдатель, и отсутствие очевидного точка зрения что позволит людям легко видеть, что они движутся.[5] Меньшие масштабы этих движений слишком малы, чтобы их можно было обычным образом обнаружить с помощью человека. чувства.

Вселенная

Пространство-время (ткань вселенной) расширение имея в виду все в вселенная тянется как резинка. Это движение наиболее неясно, поскольку это не физическое движение как таковое, а скорее изменение самой природы Вселенной. Основным источником подтверждения этого расширения был предоставлен Эдвин Хаббл который продемонстрировал, что все галактики и далекие астрономические объекты удаляются от Земли, известный как Закон Хаббла, предсказанный универсальным расширением.[6]

Галактика

В Млечный путь движется через Космос и многие астрономы полагают, что скорость этого движения составляет приблизительно 600 километров в секунду (1 340 000 миль в час) относительно наблюдаемых местоположений других близлежащих галактик. Другая система отсчета предоставляется Космический микроволновый фон. Эта система отсчета показывает, что Млечный Путь движется со скоростью около 582 километров в секунду (1 300 000 миль в час).[7][неудачная проверка ]

Солнце и солнечная система

Млечный Путь вращающийся вокруг его плотный галактический центр, Таким образом солнце движется по кругу внутри галактика с сила тяжести. Вдали от центральной выпуклости или внешнего края типичный звездный скорость составляет от 210 до 240 километров в секунду (от 470 000 до 540 000 миль в час).[8] Все планеты и их луны движутся вместе с солнцем. Таким образом, Солнечная система движется.

земной шар

Земля это вращающийся или вращаясь вокруг своего ось. Об этом свидетельствует день и ночь, на экваторе Земля имеет скорость на восток 0,4651 км в секунду (1040 миль в час).[9] Земля тоже вращающийся по орбите вокруг солнце в орбитальная революция. Полный оборот вокруг Солнца занимает один год, или около 365 дней; в среднем он развивает скорость около 30 километров в секунду (67 000 миль в час).[10]

Континенты

Теория Тектоника плит говорит нам, что континенты дрейфуют на конвекционные потоки в пределах мантия заставляя их двигаться по поверхности планета при низкой скорости примерно 2,54 см (1 дюйм) в год.[11][12] Однако скорости движения пластин сильно различаются. Самыми быстро движущимися плитами являются океанические плиты. Кокосовая тарелка продвижение со скоростью 75 миллиметров (3,0 дюйма) в год[13] и Тихоокеанская плита перемещение 52–69 миллиметров (2,0–2,7 дюйма) в год. С другой стороны, самая медленная пластина - это Евразийская плита, прогрессирующая со средней скоростью около 21 миллиметра (0,83 дюйма) в год.

Внутреннее тело

Человек сердце постоянно сокращается, чтобы переехать кровь по всему телу. Было обнаружено, что через более крупные вены и артерии в теле кровь движется со скоростью примерно 0,33 м / с. Хотя существуют значительные различия, и пиковые потоки в полые вены были обнаружены между 0,1 и 0,45 метра в секунду (0,33 и 1,48 футов / с).[14] кроме того, гладкие мышцы полой внутренней органы движутся. Самым знакомым было бы появление перистальтика где переваривается еда вынужден на протяжении всего пищеварительный тракт. Хотя разные продукты проходят через тело с разной скоростью, средняя скорость человека тонкий кишечник составляет 3,48 километров в час (2,16 миль / ч).[15] Человек лимфатическая система также постоянно вызывает чрезмерные движения жидкости, липиды и продукты, связанные с иммунной системой, по всему телу. Было обнаружено, что лимфатическая жидкость движется через лимфатический капилляр кожа примерно на 0,0000097 м / с.[16]

Клетки

В клетки из тело человека есть много структур, которые перемещаются по ним. Цитоплазматический поток это способ, которым клетки перемещают молекулярные вещества через цитоплазма,[17] разные моторные белки работать молекулярные моторы внутри клетки и перемещаться по поверхности различных клеточных субстратов, таких как микротрубочки, а моторные белки обычно питаются гидролиз из аденозинтрифосфат (АТФ) и превращают химическую энергию в механическую работу.[18] Везикулы движимые моторными белками, как было установлено, имеют скорость приблизительно 0,00000152 м / с.[19]

Частицы

Согласно законы термодинамики, все частицы из иметь значение находятся в постоянном случайном движении, пока температура выше абсолютный ноль. Таким образом молекулы и атомы которые составляют человеческое тело, вибрируют, сталкиваются и движутся. Это движение можно определить по температуре; более высокие температуры, которые представляют большую кинетическая энергия в частицах согревают людей, которые ощущают тепловую энергию, передаваемую от прикосновенного объекта к их нервам. Точно так же, когда прикасаются к предметам с более низкой температурой, чувства воспринимают передачу тепла от тела как ощущение холода.[20]

Субатомные частицы

Внутри каждого атома электроны существуют в области вокруг ядра. Этот регион называется электронное облако. В соответствии с Модель Бора атома электроны имеют высокий скорость, и чем крупнее ядро, на котором они вращаются, тем быстрее им нужно двигаться. Если электроны «движутся» вокруг электронного облака по строгим траекториям, как планеты вращаются вокруг Солнца, то электроны должны будут делать это со скоростью, намного превышающей скорость света. Однако нет причин, по которым человек должен ограничивать себя этой строгой концептуализацией, что электроны движутся по траекториям так же, как и макроскопические объекты. Скорее, можно представить электроны как «частицы», которые прихотливо существуют в пределах электронного облака.[21] Внутри атомное ядро, то протоны и нейтроны также вероятно перемещаются из-за электрического отталкивания протонов и присутствия угловой момент обеих частиц.[22]

Свет

Основная статья: Скорость света

Свет движется со скоростью 299 792 458 м / с, или 299 792,458 километров в секунду (186 282,397 миль / с), в вакууме. Скорость света в вакууме (или c) также скорость всех безмассовые частицы и связанные поля в вакууме, и это верхний предел скорости, с которой энергия, материя, Информация или же причинность может путешествовать. Таким образом, скорость света в вакууме - это верхний предел скорости для всех физических систем.

Кроме того, скорость света - неизменная величина: она имеет одно и то же значение независимо от положения или скорости наблюдателя. Это свойство делает скорость света c естественная единица измерения скорости и фундаментальной постоянной природы.

Типы движения

Фундаментальные движения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Валин, Ларс (1997). «9.1 Относительное и абсолютное движение» (PDF). Вселенная Deadbeat. Боулдер, Колорадо: Coultron Research. С. 121–129. ISBN  978-0-933407-03-9. Получено 25 января 2013.
  2. ^ а б Тайсон, Нил де Грасс; Чарльз Цун-Чу Лю; Роберт Ирион (2000). Единая Вселенная: как дома в космосе. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы. ISBN  978-0-309-06488-0.
  3. ^ "Аксиомы или законы движения" Ньютона можно найти в "Начала " на п. 19 тома 1 перевода 1729 г..
  4. ^ Фейнман, Ричард П. (Ричард Филлипс), 1918-1988 гг. (1989). Лекции Фейнмана по физике. Лейтон, Роберт Б., Сэндс, Мэтью Л. (Мэтью Линзи). Редвуд-Сити, Калифорния: Аддисон-Уэсли. ISBN  978-0-201-51003-4. OCLC  19455482.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ Сафкан, Ясар. «Вопрос: Если термин« абсолютное движение »не имеет значения, тогда почему мы говорим, что Земля движется вокруг Солнца, а не наоборот?». Спросите у экспертов. PhysLink.com. Получено 25 января 2014.
  6. ^ Хаббл, Эдвин (1929-03-15). «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей». Труды Национальной академии наук. 15 (3): 168–173. Bibcode:1929ПНАС ... 15..168Н. Дои:10.1073 / pnas.15.3.168. ЧВК  522427. PMID  16577160.
  7. ^ Когут, А .; Lineweaver, C .; Smoot, G.F .; Bennett, C.L .; Banday, A .; Boggess, N.W .; Cheng, E.S .; de Amici, G .; Fixsen, D.J .; Hinshaw, G .; Джексон, П.Д .; Janssen, M .; Keegstra, P .; Loewenstein, K .; Любин, П .; Mather, J.C .; Tenorio, L .; Weiss, R .; Wilkinson, D.T .; Райт, Э. (1993). «Дипольная анизотропия в дифференциальных микроволновых радиометрах COBE на карте звездного неба первого года». Астрофизический журнал. 419: 1. arXiv:Astro-ph / 9312056. Bibcode:1993ApJ ... 419 .... 1K. Дои:10.1086/173453.
  8. ^ Имамура, Джим (10 августа 2006 г.). «Масса галактики Млечный Путь». Орегонский университет. Архивировано из оригинал на 2007-03-01. Получено 2007-05-10.
  9. ^ Спросите астрофизика. Центр космических полетов НАСА Гудард.
  10. ^ Уильямс, Дэвид Р. (1 сентября 2004 г.). "Факты о Земле". НАСА. Получено 2007-03-17.
  11. ^ Сотрудники. «Временной ряд GPS». Лаборатория реактивного движения НАСА. Получено 2007-04-02.
  12. ^ Хуан, Чжэнь Шао (2001). Гленн Элерт (ред.). "Скорость континентальных плит". Справочник по физике. Получено 2020-06-20.
  13. ^ Мешеде, М .; Удо Баркхаузен, У. (20 ноября 2000 г.). «Эволюция тектонических плит Центра распространения Кокосовых островов и Наски». Труды программы морского бурения. Техасский университет A&M. Получено 2007-04-02.
  14. ^ Wexler, L .; D H Bergel; Я Т Гейб; Г. С. Макин; Си Джей Миллс (1 сентября 1968 г.). «Скорость кровотока в нормальной полой вене человека». Циркуляционные исследования. 23 (3): 349–359. Дои:10.1161 / 01.RES.23.3.349. PMID  5676450.
  15. ^ Боуэн, Р. (27 мая 2006 г.). «Желудочно-кишечный транзит: сколько времени это займет?». Патофизиология пищеварительной системы. Государственный университет Колорадо. Получено 25 января 2014.
  16. ^ М. Фишер; Великобритания Францек; И. Херриг; У. Костанцо; С. Вен; М. Шиссер; У. Хоффманн; А. Боллинджер (1 января 1996 г.). «Скорость потока отдельных лимфатических капилляров в коже человека». Am J Physiol Heart Circ Physiol. 270 (1): H358 – H363. Дои:10.1152 / ajpheart.1996.270.1.H358. PMID  8769772.
  17. ^ "поток цитоплазмы - биология". Британская энциклопедия.
  18. ^ "Моторы с микротрубочками". rpi.edu. Архивировано из оригинал 30 ноября 2007 г.
  19. ^ Хилл, Дэвид; Хольцварт, Джордж; Бонин, Кейт (2002). «Скорость и силы сопротивления на пузырьках, управляемых моторным белком в клетках». Тезисы докладов заседания Юго-Восточной секции APS. 69: EA.002. Bibcode:2002APS..SES.EA002H.
  20. ^ Температура и БЭК. В архиве 2007-11-10 на Wayback Machine Physics 2000: Физический факультет Университета штата Колорадо.
  21. ^ "Классные ресурсы". anl.gov. Аргоннская национальная лаборатория.
  22. ^ Глава 2, Ядерная наука - Руководство к настенной диаграмме по ядерной науке. Национальная лаборатория Беркли.

внешняя ссылка