Sánta Csaba:
SuliPlussz - DiákRepeta
MOZGÁSFORMÁK
Sziasztok!
A mozgásról lesz szó... A mozgás a világ elválaszthatatlan része.
Minden és mindenkor mozog - a nyugalom csak helyi illúzió.
Mozgás alatt a klasszikus fizikában azt szoktuk érteni, amikor két
test térbeli helyzete egy a két testtől "független" megfigyelő számára
megváltozik. A mozgás mindig viszonylagos, mindig valamihez képest
tapasztalható meg, írható le.
A mozgás viszonylagosságára egy példa: Egy egyenes útszakasz mellett
állunk. Az úton azonos irányba két kocsi halad. Mindkettő egyenletes
sebességgel, az első hozzánk viszonyított sebessége 80 km/h a másodiké
pedig 120 km/h. A kocsik mozgását akkor vizsgájuk, amikor a második
kocsi még nem érte be az előtte haladót. Ha ekkor megváltoztatjuk a
viszonyítási alapunkat és az első kocsi mozgását a másodikhoz képest
írjuk le, akkor azt tapasztaljuk, hogy az első kocsi "közelít" a
másodikhoz. Ez azt jelenti, hogy a vonatkoztatási test "cseréje" a
test sebességének nagyságán kívül a sebesség irányát is
megváltoztathatja.
A viszonylagosság megítélése egész szélsőségekig is elment a
"tudomány" kultúratörténete során. Volt ember, aki a következőképp
érvelt: "Tartsatok egy pálcát kinyújtott karral magatok elé. Most ugye
a pálca és szemetek között végtelen a tér pontjainak száma. Hozzátok
közelebb a pálcát. Azt hiszitek, hogy most mozgott a pálca? Tévedtek.
A pálca vége és a szemetek között most is végtelen a pontok száma,
tehát nem mozgott..."
Még igaza is lehetne, ezért jó lenne a mozgást egy picit pontosabban
meghatározni. Ennek egyik lehetősége az elektromágneses töltés és
kölcsönhatás vizsgálata.
Egy elektromos töltéssel rendelkező részecske környezetében az anyag
egy sajátos formájának tekinthető mező tapasztalható meg. E mezőt
minden olyan objektum, ami e részecskéhez képest a választott
vonatkoztatási rendszerben nyugvó, elektromos mezőnek érzékeli. Ám
minden hozzá képest mozgó objektum mágneses kölcsönhatást tapasztal.
Tehát a mozgás egy meghatározása lehet, hogy rendeljünk a testekhez
elektromágneses töltést, s ha ezután két test között elektromos
kölcsönhatást észlelünk, akkor a testeket tekintsük nyugvónak, ha
pedig mágneses mező létrejöttét észleljük, akkor a testeket tekintsük
mozgónak.
A mozgások fizikai leírására három módunk is van. Leírhatjuk a mozgás
menetét (pálya, út, elmozdulás), ezt teszi a kinematika. Kereshetjük a
mozgás hátterében lévő okot, okokat (erő, impulzus), ezt szokás
dinamikának hívni. És végül vizsgálhatjuk a mozgás közbeni
energiaváltozásokat.
Az adott objektum hozzánk viszonyított nagyságrendjétől függően
beszélhetünk egy adott objektum mozgásáról (empirikus, vagy
tapasztalati mozgás), objektumok csoportjának az együttes mozgásáról
(pl. kinetikus gázelmélet - sztochasztikus, vagy valószínűségi mozgás)
és egy objektum valamely részének a mozgásáról (belső mozgás).
A mozgások egy speciális fajtájának tekinthető a nyugalom, az
egyensúly, a stabilitás. A fizika ezen ága a statika. Galileo Galilei
(1564-1642), akit nyugodtan tekinthetünk a modern tudomány
kiindulópontjának elvégzett egy érdekes kísérletet. Tervezett két
csontvázat. Mindkettőt olyanra, hogy elbírja saját szervezete súlyát,
ám két különböző méretben. Két különböző szerkezeti felépítést kapott!
Különböző méretekhez különböző létformák tartoznak... - állapította
meg Galilei. Ami azt jelenti, hogy a természet törvényei csak adott
mérethatárok között érvényesek. A mikro- és makrovilágokban a
klasszikus mozgástörvények már más formában lesznek érvényesek.
A mikrovilágban megjelenik a kvantumosság bizonytalansága. Kiderül,
hogy az anyag kettős természettel bír: korpuszkula (részecske) és
hullám egyszerre, aminek helye és mozgásállapota egyidejűleg nem
adható meg úgy, mint két számpár - Heisenberg-féle határozatlanság,
Werner Karl Heisenberg (1901-1976). A mozgás ekkor egy függvénnyel
(pszi - valószínűségi függvény) lesz jellemezhető. Érdekesség, hogy a
mozgásállapot és hely együttes megadásán túl ez az összefüggés más
fizikai mennyiségpárokra is igaz, így pl. a helyzeti és a mozgási
energiák közül is csak az egyik lehet pontos.
A makrovilág relativitása pedig arról szól, hogy egy test mozgása
során megváltozik a test mozgásának leírására szolgáló fogalmak
észlelése. A mozgó test által érzékelt távolságok rövidülnek
(távolság-kontrakció), a mozgó órák által mért időközök pedig
megnyúlnak (idődilatáció). Ugyanakkor a mozgás nem térben játszódik
le, hanem a tér változásával együtt. A mozgás során változik a test
tömege (relativisztikus tömegnövekedés), a tömeg viszont meghatározza
a tér szerkezetét, tehát a mozgás során változik a tér. - Albert
Einstein (1879-1955) speciális és általános relativitáselmélete.
A mikro- és a makrovilág közötti kapcsolat valahol éppen a
térszerkezet megváltozásában kereshető. A sebesség növekedésével nő a
tömeg, a tömeg változásával változik a térszerkezet. A mikrovilágban
is megfigyelhetőek azonban olyan jelenségek, amelyek átlépik a
hagyományos értelmű tér határait. Az egyik ilyen az alagútjelenség (az
alagúteffektus), ahol olyan "tiltott zónán" át halad a részecske,
mintegy "alagúton" keresztül, ami nagyobb energiaszintet igényel, mint
amekkora energiával a részecske a mozgás kezdetekor rendelkezett. Eme,
az energiamegmaradás törvényével nem igazán törődő jelenség magyarázza
pl., azt hogy egy alfa részecske (pozitív töltésű Hélium atommagok =
két proton és két neutron) elhagyhatja az atommagot. De alkalmazzuk a
jelenséget félvezetőkben, elektronmikroszkópban stb. is. Nagy
valószínűséggel az élet folyamataiban, így például a gondolkodásban is
jelentős szerepe van e jelenségnek. (Érdemes e tekintetben Roger
Penrose munkáiból olvasgatni, pl. A császár új elméje című könyvet -
Akadémiai Kiadó, 1993.)
A mozgások különböző szervezettségi szinten zajlanak. A kémiai
reakciók szintén mozgások. A kémiai kötés energia, megváltozása
egyrészt energiaváltozás, másrészt kifelé mozgás.
Igen izgalmas azonban a biológiai mozgások köre. A biológia
megkülönböztet aktív és passzív mozgásokat, attól függően, hogy a
mozgás létrejöttéhez szükséges energiát a szervezet
anyagcserefolyamatai termelik-e vagy külső kényszer biztosítja azt.
Ugyancsak különbséget tesz a szervezeten belüli és a külső mozgások
között. Ez utóbbit két csoportra bontja: helyzetváltoztató és
helyváltoztató mozgásokra. És számos érdekes mozgásforma
tanulmányozására ad lehetőséget: plazmaáramlás, az egysejtű élőlények
mozgásai - amőboid, ostoros és csillós mozgások, a magasabb rendű
növények növekedési és belső vízháztartásukkal összefüggve a
turgormozgások, és az állatokra jellemző mozgások - a harangálatka
sejtizmától az izomsejtekig, vázelemek nélkül majd vázelemekkel. A
biológia lehetőséget ad a reflex-mozgások és a tudatos mozgásformák
vizsgálatára. Az izomszövet célszerűségének sokszínűsége kápráztató: a
szív izma nem fáradhat el, ugyanakkor vázizmaink jó, ha fáradnak,
hiszen ezáltal egyfajta energia-gazdálkodásra kényszerítenek, arra
hogy osszuk be erőinket, arra hogy tervezzünk. Mindez, s ennek
irányítása, összehangolása egy igen bonyolult rendszert képez, ahol az
irányító és ellenőrző impulzusok mozgásának szintén nagy szerepe van.
taCs
Duna Televízió * DunaText * Y-akták
1996. szeptember 18. - 1996. október 2.