Liikumine

Liikumine ehk mehaaniline liikumine on füüsikas (mehaanikas) kehade või osakeste asukoha pidev muutumine ajas (aja jooksul). Lokaalselt iseloomustab liikumist kiirus ja globaalset saab seda kirjeldada trajektoori abil. 

Masspunkti liikumine piirdub asukoha muutumisega. Absoluutsel jäiga keha või kehade süsteemi puhul lisandub massikeskme asukoha muutumisele (kulgliikumine) keha või kehade osade vastastikuse asendi muutus (pöördliikumine).  

Liikumine võib seisneda ka keha mõõtmete ja kuju ajalises muutumises. 

Liikumise suhtelisus

Tänapäeva füüsikas võetakse asukoha mõõtmisel aluseks kindel vaatleja kindlas taustsüsteemis (koordinaadistikus koos kellaga aja mõõtmiseks) ning liikumist vaadeldakse ainult sääraselt fikseeritud taustsüsteemi suhtes. Sellega järgitakse relatiivsusprintsiipi, millest tuleneb, et ei ole olemas absoluutset liikumist. Et absoluutselt liikumatut taustsüsteemi ei ole olemas, siis on iga mehaaniline liikumine suhteline.

Taustsüsteemi on võimalik fikseerida lähtudes taustkehadest, mille suhtes liikumist vaadeldakse. 

Taustsüsteemi valikust sõltub ka see, kas tegemist on liikumise või paigalseisuga. Paigalseisu vaadeldakse füüsikas liikumise erijuhuna. 

Liikumise kiirus

Kiiruse absoluutväärtuse mõõtühik SI-süsteemis on meeter sekundis. Kiirust mõõdetakse ning liikumist iseloomustatakse osalt selle kaudu, kui suur (SI-süsteemis meetrites mõõdetav) vahemaa läbitakse kindla (SI-süsteemis sekundites mõõdetava) ajavahemiku jooksul. Et liikumine võib toimuda eri suundades ning liikumise suund võib muutuda, siis on liikumise iseloomustamiseks tarvis teada ka liikumise suunda. Sellepärast on kiirus mehaanikas vektoriaalne suurus, mis on iseloomustatav kolme koordinaadiga. Sirgjoonelise liikumise puhul võib piirduda ühe koordinaadiga, nagu tegemist oleks skalaariga. Et liikumise kiirus üldjuhul muutub, siis iseloomustatakse seda kas keskmise kiiruse või hetkkiiruse kaudu.

Kiirust iseloomustatakse kiirusvektoriga, mis ristkoordinaadistikus lahutub kolmeks komponendiks: ,  ja .

Keha liikumine ja materiaalse punkti liikumine

Igal kehal on mõõtmed: keha eri osad paiknevad eri kohtades ruumis. Seetõttu liiguvad keha liikumisel selle eri osad üldjuhul erinevalt. Seda tuleb keha liikumise kirjeldamisel arvestada.  

Paljudes mehaanika ülesannetes võib keha eri osade asukoha erinevuse arvestamata jätta. Kui keha mõõtmed on väikesed võrreldes kaugusega teistest kehadest, võib keha liikumist vaadelda nii, nagu liiguks üksainus punkt (materiaalne punkt). Niiviisi tehakse näiteks siis, kui uuritakse planeetide liikumist ümber Päikese. 

Kui keha kõik osad liiguvad ühtemoodi (igal hetkel on kõigil keha osadel ühesugune kiirus), siis sellist liikumist nimetatakse kulgliikumiseks. Ka kulgliikumise puhul võib keha liikumist vaadelda materiaalse punkti liikumisena, sest liikumise iseloom ei olene sellest, keha millise osa liikumist vaadeldakse.

Matemaatiline kirjeldus
Liikumist on hõlbus määratleda funktsiooni abil, mis kirjeldab keha asukoha sõltuvust ajast. 

Selleks vaadeldakse koordinaatide alguspunktist keha asukohta viiva kohavektori  sõltuvust ajas. Seda sõltuvust võib ka kirjeldada kolme erineva funktsiooni abil, mis näitavad keha asukoha kolme koordinaadi x = x(t), y = y(t), z = z(t) sõltuvust ajast. 

Selle vektorfunktsiooni (või selle mõne ristprojektsiooni) esimene tuletis aja järgi on hetkkiirus, teine tuletis aja järgi on hetkkiirendus. Kui kiirusvektor ei muutu, siis on tegemist ühtlase sirgjoonelise liikumisega. Ühtlase sirgjoonelise liikumise kiirendus on null. Kui kiirusvektor aja jooksul muutub, siis on tegemist kiirendusega liikumisega. Kiirendusega liikumise puhul on kiirendus nullist erinev. Kiirendusega liikumise näited on vaba langemine ja ühtlane või ebaühtlane ringliikumine.

Liikumise trajektoor

Materiaalse punktina vaadeldava keha asukohad liikumisel moodustavad joone, mida nimetatakse keha trajektooriks.

Sirg- ja kõverjooneline liikumine
Punktmassi sirgjoonelisel liikumisel võivad muutuda kiirusvektori moodul ja suund, kuna siht jääb samaks. Kõverjoonelisel liikumisel võib muutuda ka kiirusvektori siht.

Kulg- ja pöördliikumine
Jäiga keha niisugust mehaanilist liikumist, mille puhul keha kõigi punktide trajektoorid on paralleelsed ja kujult ühesugused, nimetatakse kulgliikumiseks ehk translatoorseks liikumiseks. 

Kui keha kõik punktid liiguvad mööda ringjooni, mille keskpunktid asetsevad ühel ja samal liikumatul sirgel, siis on tegemist mehaanilise liikumisega, mida nimetatakse pöördliikumiseks ehk rotatoorseks liikumiseks. 

Üldjuhul koosneb jäiga keha mehaaniline liikumine kulg- ja pöördliikumisest.

Liikumiste liitmine

Et keha või masspunkt liigub mingis keskkonnas (näiteks inimene liigub Maa pinnal), mis ise samuti liigub (näiteks Maa liigub ümber Päikese), siis väljaspool seda keskkonda asuv vaatleja jälgib keha liikumist (antud näites inimese liikumist ümber Päikese), mida nimetatakse liitliikumiseks.  

Kui vaatleja jälgib keha või masspunkti, mis osaleb mitmes liikumises korraga, täheldab ta ühtset liikumist mööda kindlat trajektoori. Liitliikumises osaleva keha asukoha saab määrata liikumiste sõltumatuse printsiibi ehk liikumiste liitmise printsiibi ehk liikumiste superpositsiooniprintsiibi alusel. See printsiip ütleb: 

Keha (või punktmass) asukoht mis tahes hetkel on määratud nii, nagu see keha (või punktmass) sooritaks kõiki osaliikumisi üksteisest sõltumatult. 

Liitliikumise näiteks on ka vastuvoolu liikuva paadi liikumine jões, mis kannab paati pärivoolu. Sel juhul liituvad paadi liikumine veepinna suhtes ning jõevee voolamine.  

Seda superpositsiooniprintsiipi kasutatakse väga tihti selleks, et lahutada mingi liikumine osaliikumisteks valitud sihtides.

Klassikaline mehaanika

Kuni 19. sajandi lõpuni olid Isaac Newtoni poolt teoses "Loodusfilosoofia printsiibid" aksioomide või postulaatidena sõnastatud liikumisseadused füüsika aluseks. Nendel seadustel põhinevat mehaanikat nimetatakse tänapäeval klassikaliseks mehaanikaks ehk Newtoni mehaanikaks. Klassikalisel mehaanikal põhinevad liikuvate kehade trajektooride ja jõudude arvutused olid väga edukad, kuni füüsikutel tekkis võimalus mõõta ja vaadelda väga kiireid füüsikalisi nähtusi. 

Relativistlik mehaanika

Väga suurte kiiruste puhul ei anna klassikalise füüsikal põhinevad arvutused enam õigeid tulemusi. Selle asemel kasutatakse Albert Einsteini relatiivsusteooriat. Väikeste kiiruste puhul jääb relatiivsusteooria ja klassikalise füüsika vaheline erinevus mõõtmisvea piiresse, mistõttu kasutatakse Newtoni mehaanikat, mille arvutused on lihtsamad. 

Valguse kiirusest palju väiksemate kiiruste korral võib liikuva keha massi ja pikkust lugeda konstantseks. Valguse kiiruse lähedaste kehade (näiteks elektronide) liikumist kirjeldab erirelatiivsusteooria. Mass ja pikkus muutuvad Lorentzi teisenduste järgi.

Liikumise põhjused
Liikumise iseloomu muutumise põhjustena vaadeldakse füüsikas jõude. Liikumise põhjustega tegelev mehaanika haru on dünaamika. Kinemaatika uurib liikumist põhjustele tähelepanu pööramata.

Liikumise tüüpe
Kulgliikumine
Mitteühtlane liikumine
Sirgjooneline liikumine
Ühtlane sirgjooneline liikumine
Ühtlaselt kiirenev sirgjooneline liikumine
Mitteühtlane sirgjooneline liikumine
Kõverjooneline liikumine
Paraboolne liikumine
Ringliikumine
Ühtlane ringliikumine
Mitteühtlane ringliikumine
Ühtlaselt kiirenev ringliikumine
Pöörlemine
Veeremine
Perioodiline liikumine
Võnkumine (mehaaniline)
Lihtharmooniline võnkumine
Tasapinnaline liikumine
Ruumiline liikumine
Vaba langemine

Vaata ka
Browni liikumine
Galilei teisendused
Kepleri seadused
Kinemaatika
Kulgemine
Liikumisvõrrand
Molekulaardünaamika
Newtoni seadused
Nutatsioon 
Pretsessioon
Retrograadne liikumine
Teepikkus
Trajektoor
Vabadusaste

Kategooria:Mehaanika