Kinematiikka

Kinematiikan avulla voidaan ennustaa kappaleiden paikka esim. ympyräradalla tietyllä ajan hetkellä.

Kinematiikka eli geometrinen liikeoppi on mekaniikan ala, joka tutkii kappaleiden liikettä geometriselta kannalta kuvailevasti, kiinnittämättä lainkaan huomiota liikkeen syihin tai niihin voimiin, jotka vaikuttavat liikkeeseen. Kinematiikka on perustana dynamiikalle eli voimaopille.

Kinematiikan alaan kuuluvat esimerkiksi käsitteet tasainen liike, tasaisesti kiihtyvä liike ja tasainen pyörimisliike sekä niihin liittyvät suureet kuten nopeus, kiihtyvyys, kulmanopeus ja niillä suoritettavat laskutoimitukset.

Historia

Liikettä yritettiin mallintaa jo hyvin aikaisessa vaiheessa. Antiikin Kreikan Aristoteleen mukaan kappaleet liikkuivat vain suoria pitkin. Tällöin kivi, joka heitetään vinosti ylös, lentäisi ensin suoraan huippukorkeuteensa, jonka jälkeen se putoaisi kohtisuorasti alas maahan. Keskiajalla Aristoteleen mallia parannettiin niin sanotulla impetus-teorialla:

Kun kivi ammuttiin tykillä taivaalle, sai se impetusta. Kappale liikkuisi suoraa rataa niin kauan kuin sillä olisi impetusta enemmän kuin sillä oli painoa. Kun impetusta oli vähemmän kuin painoa, lentäisi kappale ympyrän muotoista rataa, ja kun impetus loppui, niin tällöin kivi putosi kohtisuoraan alas.

Kinematiikkaa vaivasi pitkään suoran ja ympyrän pyhyys: alussa kaikki liikeradat taivaankappaleiden liikkeistä putoamis­liikkeeseen maan päällä yritettiin mallintaa ympyröiden ja suorien avulla. Tästä seurasi muun muassa episykliteoria, joka esitti kaikki tähtien liikkeet ympyröiden avulla. Ongelmaksi muodostui se, että planeettojen liikkeiden selittämiseen ympyröitä tarvittiin tavattoman suuri määrä, mikä ei ollut kovinkaan tyydyttävä ratkaisu ympyräliikkeen ihannoijillekaan.

Galileo Galilei osoitti kokeellisesti, että putoamisliike on tasaisesti kiihtyvää ja että heitetyn kappaleen liikerata on likimain paraabelin muotoinen. Samoihin aikoihin Kepler osoitti, että planeettojen kiertoradat ovat ellipsin muotoisia. Tässä vaiheessa oli kyseessä vain kinemaattinen kuvaus, sillä näihin liikkeisiin vaikuttavia voimia ei tunnettu, ennen kuin Newton myöhemmin esitti gravitaatiolain.

Suhteellisuusteoria merkitsi muutosta myös kinematiikkaan, sillä sen mukaan sekä etäisyydet että aikavälien pituudet riippuvat käytetystä koordinaatistosta ja siten kappaleen liiketilasta.

Kirjallisuutta

• Salonen, Eero-Matti: Dynamiikka I. Espoo: Otatieto, 2003 (1978). ISBN 952-672-303-9.
• Salonen, Eero-Matti: Dynamiikka II. Espoo: Otatieto, 2004 (1999). ISBN 952-672-281-4.