Erreferentzi Sistema. Higidura

Mekanika fisikaren arlo nagusietako bat da. Bertan gorputzen higidura mota desberdinak aztertzen dira, oreka egoerak edota higidura horiek sortzen dituzten indarrak eta energia, maila mikroskopiko (atomo, molekula, ioi…) nahiz makroskopiokoan gertatzen diren gorputzen erlazionatutakoa.

Mekanikaren zati garrantzitsuenetako bat ZINEMATIKA da. Bere helburua gorputzen higiduraren azterketa da, berau definitzen duten magnitude intrintsekoak behatuz, espazioa eta denbora alegia.

Honen haritik, higidura gorputz batek beste batekiko, denbora tarte batean, duen posizio aldaketa bezala kontsideratzen da.

Halere, definizio honek ez du erabat garbi azaltzen higiduraren esanahia. Izan ere, trenean goazela, une batzuetan ez da erraza izaten higitzen ari garen edo ez jakitea. Leihotik kanpora begiratzen dugun bezain laster konturatzen gara kanpoko gorputzekiko gure posizioa aldatuz doala baina ez gaude ziur zein den geltokiarekiko benetan higitzen dena; gure trena, gure paretik pasatzen ari den ala biak.

Nor den higitzen dena zehaztu nahi badugu erreferentzi baten bila aritzen gara. Kasu honetan geltokia bera izaten da gure erreferentzi sistema eta horri esker identifika dezakegu gure egoera higidura-egoera ala pausagune –egoera den.

Erreferentzi sistema puntu edo puntu-multzo bat da, zeinarekiko gorputz baten higidura deskribatzen dugun

Ondorioz:

Gorputz batek, denboran zehar, erreferentzi sistema batekiko posizioa aldatzen badu, gorputz hori higitu egiten dela esaten da

Erreferentzi Sistema Motak

Higiduren azterketarako erreferentzia bezala hartzen den puntua koordenatu ardatzen jatorria izaten (O) da. Higiduraren ezaugarrien arabera, partikularen posizioa norabide bakarrean, bitan edota hirutan eman daiteke. Horrela, kasu bakoitzean erreferentzi sistema , edota elementuez definitu beharko da.

• erreferentzi sistema: dimentsio bakar batean ematen diren higidurak zehazteko
  

Higikari batek zuzen batean duen posizioa determinatzeko, aski da OX koordenatu-ardatz bat. Puntuaren posizioa x koordenatuaren bidez geratzen da determinaturik.

• erreferentzi sistema: bi dimentsiotan ematen diren higidurak zehazteko
  

Higikari batek plano batean duen posizioa determinatzeko, nahikoa da bi koordenatu-ardatz (OX eta OY, adibidez) dituen sistema bat erabiltzea.

• erreferentzi sistema: hiru dimentsiotan ematen diren higidurak zehazteko
  

Higikari batek espazioan duen posizioa determinatzeko, hiru koordenatu-ardatzek (OX, OY eta OZ) osaturiko erreferentzi sistema erabiliko dugu. Puntuaren posizioa x, y eta z koordenatuen bidez geratzen da determinaturik.

Gorputz baten higiduraren azterketa osoa burutzeko, beharrezkoa da bakoitzean erreferentzi sistema jakin batekiko duen posizioa ezagutzea, hau da, erreferentzi sistema horren baitan posizioaren aldaketa adieraziko duen FUNTZIOA.

Gorputza higitzen ibiliko da, baldin erreferentzi sistema horrekiko koordenaturen bat aldatuz badoa denboran zehar.

Erreferentzi Sistema Inertzialak

Bidaiari batek treneko leihotik begiratu du geltokitik irtetean, eta nasako eserlekuak trenaren atzealderantz “higitzen” ikusi ditu. Baina, benetan higitu al dira? Nasan dagoen pertsona bati galdetuz gero, ezetz erantzungo digu. Eta egoera hau ilargitik behatuko bagenu, hau da, Lurraren erreferentzia sistematik kanpo? Teleskopio erraldoi baten laguntzaz egoera hori behatu ahal izango bagenu, garbi dago trena, nasako eserlekuak eta nasan dagoen pertsona bera higitzen ikusiko genituela. Azken bi hauen posizio aldaketa denborarekiko era berean emango litzateke, ez ordea trenaren kasuan.

Edozein gorputzen higidura edo pausaguneko egoera, harturiko erreferentzi sistemaren menpekoa da. Horregatik, higidura erlatiboa dela esaten dugu.

Gorputz guztiak higitzen dira; beraz, ez dago inolako erreferentzi sistema finkorik unibertso osorako. Higidura absoluturik ez dagoela esan nahi du horrek; hau da, higidura guztiak aukeraturiko erreferentzi sistemaren araberakoak dira.

Aukeratutako erreferentzi sistema finkoa edota higidura uniformearekin higitzen bada, inertziala dela esaten da. Gure gelako arbelaren paretak, leihoaren paretak eta zoruak osaturiko planoen ebakidura edota Lurra bera, erreferentzi sistema inertzialen jatorriak kontsidera ditzakegu. Ikasturte honetan erabiliko ditugun erreferentzi sistema gehienak inertzialak izango dira.

Kontsideratutako sistema higidura azeleratuarekin desplazatzen bada, hau da, sistema ez-inertziala bada, gorputzen higidura edota bere gainean agertzen diren indarrak aztertzerakoan, azelerazio hau kontutan hartu beharko litzateke.

Higidura motak

Gorputz bat nola higitzen den jakiteko, gorputz horren partikula guztiek euren posizioa denboran zehar nola aldatzen duten ezagutu behar dugu. Hori aztertzea ezinezkoa izaten denez gehienetan, eredu desberdinak erabiltzen ditugu errealitatea era sinplean adierazteko. Ikasturte honetan gorputz batek izan ditzakeen bi higidura mota sinpleenak ikusiko ditugu: translazioa eta errotazioa (bien arteko konposaketari errodadura deitzen zaio)

• Translazio higidura: gorputz bat osatzen duten partikula guztiek modu berean aldatzen dutenean euren posizioa erreferentzi sistema jakin batekiko. Higidura mota honetan, edozein bi partikula lotzen dituen zuzenaren norabidea paralelo izango da beti
• Errotazio higidura: gorputz bat osatzen duten partikula guztiek zirkunferentziak irudikatzen dituztenean plano paraleloetan. Kasu honetan, zirkunferentzien zentroek higidura horren errotazio ardatza eratzen dute.
• Errodadura: aurreko bi higiduren konbinazioa ematen denean. Kasu honetan gorputza osatzen duten partikulek zirkunferentziak irudikatzeaz gain euren posizioa erreferentzi sistema batekiko ere aldatzen dute. Hau da, errotazio ardatza bera erreferentzi sistema jakin batekiko posizioz aldatzen da. Partikula bakoitzaren benetako posizio aldaketa epizikloide deritzon kurba baten bitartez adierazi daiteke.

Kontutan hartzekoak

A) Higikari: erreferentzi sistema ezagun batekiko higitzen ari den gorputza

Higikari puntuala: tamainarik gabeko higikari idealak, hau da, puntu bakarrera laburbilduak daudenak. Zinematikan higikariak puntualak direla kontsideratuko dugu, gorputzek duten “formari” arretarik emango ez diogularik. Horrela higidurei buruzko kalkuluak eta adierazpenak erraztea lortuko dugu.

B) Egia esan Lurra bera ez da erabateko sistema inertziala, Lurrak bere higiduran errotazioaren ondoriozko azelerazioak nabaritzen baititu: bere ardatzaren inguruan duenaren ondoriozkoa (txikia), Eguzkiaren inguruan deskribatzen duen higiduraren ondoriozkoa (oso txikia) eta Esne Bidearen higiduraren ondoriozkoa (izugarri txikia).