Kinematika

Kinematika është ajo degë e lëndës së fizikës që merret me hulumtimin e dukurisë së zhvendosjes, pa marrë parasysh shkakun e zhvendosjes. Kinematika bën përshkrimin e zhvendosjes dhe u jep përgjigje këtyre pyetjeve: cili është kahu i zhvendosjes, sa është shpejtësia me të cilën trupi ndryshon vendndodhjen dhe sa është ndryshimi i shpjetësisë në kohë. Në fushën e kinematikës kryejmë matje të përpikta të kohës, largësisë, zhvendosjes, shpejtësisë dhe përshpejtimit. Pastaj këto matje i shqyrtojmë në natyrë ose në mjedis laboratorik dhe me ndihmën e barazimeve matematikore zbërthejmë ndërvarësinë që ato kanë kundrejt njëra-tjetrës. Kjo ndërvarësi përshkruhet me anë të ligjeve të fizikës. Njohuritë mbi kinematikën do të na ndihmojnë të përthithim pa vështirësi njohuritë mbi dinamikën, një degë tjetër e fizikës.

Matjet janë themelet mbi të cilat qëndron e gjithë lënda e fizikës, pasi pa matje nuk mund të vëzhgojmë e mandej të shqyrtojmë, krahasojmë, kuptojmë e zbërthejmë asnjë dukuri fizike në mënyrë të përpiktë, sado e thjeshtë në dukje. Pa matje, temperaturën nuk do ta matnim me gradë celsius, por vetëm me e ftohtë, e vakët, e ngrohtë dhe e nxehtë. Pa matje, kohën nuk do ta matnim me sekonda, minuta e orë, por vetëm me herët, në kohë dhe vonë, dhe lëvizjen nuk do ta matnim me metra/sekondë, por me shpejtë dhe ngadalë. Matjet na japin vlera të përpikta nëpërmjet të cilave mund të kuptojmë dukurinë e ndryshimit, sasinë e ndryshimit dhe nëse ky ndryshim shfaqet apo jo me zhvendosje. Prandaj, në fizikë, çdo ligj, çdo përkufizim dhe çdo përfundim mbështetet në matje: në matje me shkallë kur duam të dimë “sa shumë”, dhe në matje me kah kur duam të dimë “sa shumë” dhe “në cilin kah”. Në këtë mënyrë, matja është mjeti që  lidh botën e dukurive natyrore me botën e hulumtimit shkencor. 

Në lëndën e fizikës kryhen dy lloj matjesh: matjet me shkallë dhe matjet me kah. Matjet me shkallë kryhen kur kemi një dukuri e cila shfaqet me ndryshim por jo zhvendosje, si për shembull temperatura (°C), pesha (kg), koha (sekonda), fuqia (xhaul), gjatësia (metra), etj. Këto matje quhen me shkallë sepse vlera e matur e ndryshimit rritet me nga një shkallë ose me nga një hap. Për shembull 10-11-12°C, ose 1-2-3kg, etj. Njësoj si shkallë e një ndërtese. Në gjuhën shkencore matjet me shkallë quhen matje skalare.

Kur themi që temperatura është 25°C, domethënë që kemi matur nxehtësinë e ajrit, por nuk kemi vërejtur zhvendosje. Po ashtu, kur themi që mollët peshojnë 2 kilogram, domethënë që kemi matur rëndesën e tyre, por, sërish, nuk kemi vërejtur zhvendosje. As temperatura, as pesha nuk kanë kah. Pra, temperatura, kilogramët, koha, kaloritë, etj, janë shembuj të matjeve me shkallë, sepse tregojnë “sa shumë”, por jo “në cilin kah”.

Ndërsa matjet me kah kryhen kur kemi një dukuri që shfaqet me zhvendosje. Këto matje quhen me kah sepse përveç vlerës me shkallë (metra, sekonda), ato tregojnë edhe kahun e lëvizjes (lartë-poshtë, majtas-djathtas, para-mbrapa). Në gjuhën shkencore matjet me kah quhen matje vektoriale. Përcaktimi i kahut të zhvendosjes është i rëndësishëm sepse zhvendosja në dy kahe të kundërta jep dy përfundime krejt të ndryshme. Ta zëmë se kemi një automjet që lëviz drejt veriut (lartë) me 60 km/orë. Kjo do të thotë se brenda një ore, automjeti zhvendoset 60 kilometra me kah nga veriu. Por nëse automjeti do të zhvendosej me 60 km/orë me drejtime për nga jugu, atëherë vendndodhja e tij do ishte tjetër-për-tjetër me atë të parin.

Matja e kahut të lëvizjes në lëndën e fizikës është shumë e rëndësishme sepse ka shumë dukuri natyrore ku ndryshimi shfaqet me zhvendosje dhe zhvendosja ka gjithmonë një kah. Për shembull, automjetet nuk mund të lëvizin pa një kah. Po ashtu era që fryn, apo uji që rrjedh. Asnjë nga këto dukuri nuk ka kuptim nëse nuk marrim parasysh kahun e zhvendosjes. Kështu që, matjet me shkallë dhe matjet me kah nuk janë dy gjëra të ndara nga njëra-tjetra, por dy mënyra plotësuese për të përshkruar natyrën: njëra tregon madhësinë e ndryshimit, tjetra tregon kahun e tij.

Për të përcaktuar kahun në vizatime shpjeguese shkencore, përdorim shigjetat. Maja e shigjetës tregon kahun e zhvendosjes.

Mund të ndodhë që matjet si shpejtësia dhe largësia të ngatërrohen për matje me kah (vektoriale), sepse kur themi shpejtësi apo ndryshim largësie, kemi nënkuptuar që sendi është zhvendosur, pasi pa zhvendosje nuk mund të ketë as shpejtësi, as ndryshim largësie. Megjithatë, ky përfundim është i gabuar. Ndonëse këto matje nuk mund të kryhen pa zhvendosje të sendeve, ato nën vetvete nuk tregojnë kahun e zhvendosjes, por vetëm ndryshimin e vlerës së shpejtësisë ose të largësisë. 

Për shembull, kur themi që një automjet lëviz me 60km në orë, kemi cilësuar shpejtësinë e lëvizjes, por jo kahun nga udhëton automjeti. Po ashtu edhe kur themi që automjeti ka përshkuar 100 kilometra, kemi cilësuar largësinë e përshkuar, por jo kahun e lëvizjes së automjetit. Prandaj, për këtë arsye ato janë matje me shkallë (skalare).

Megjithatë, në lëndën e fizikës, kur matjet si shpejtësia dhe largësia shoqërohen me përcaktimin e kahut, ato shndërrohen në matje me kah (vektoriale). Për shembull, kur themi që automjeti lëviz me 60km në orë në drejtim të lindjes, kemi cilësuar jo vetëm shpejtësinë, por edhe kahun e lëvizjes. Nëse ky automjet ka përshkuar 100 km, atëherë kemi cilësuar edhe zhvendosjen e tij. Automjeti ka përshkuar 100km për nga lindja duke lëvizur me shpejtësi 60 km në orë. Në këtë rast kemi dy matje me kah (vektoriale).

Zhvendosja në një rrafsh të vetëm është zhvendosja më e thjeshtë që kryen një send në lëndën e fizikës. Quhet kështu sepse sendi mund të zhvendoset vetëm në një nga këto kahe: para-pas, majtas-djathtas ose lart-poshtë, por jo para dhe lart, apo para dhe majtas. Emërtimi shkencor i kësaj lëvizjeje është zhvendosje në një dimension ose zhvendosje një dimensionale.

Për të përcaktuar zhvendosjen e sendit në një rrafsh të vetëm, në lëndën e fizikës kryhen tre matje të ndryshme: zhvendosja, shpejtësia me kah dhe përshpejtimi. Këto tre matje janë të lidhura e të ndërvarura me njëra-tjetrën.

Zhvendosja tregon ndryshimin e vendndodhjes së një sendi nga pika fillestare A në pikën përfundimtare B, kur këto janë të njohura. Pra sa centimetra, metra ose kilometra është zhvendosur sendi nga njëra pikë në pikën tjetër. Zhvendosja, ndryshe nga largësia, është matje me kah sepse për të nxjerrë sasinë e zhvendosjes së sendit nga një pikë në tjetrën detyrimisht duhet të dimë edhe vendndodhjen e pikave A dhe B. Nëqoftëse pika B ndodhet 5 metra në të majtë të pikës A, atëherë kahu i zhvendosjes është majtas.

Ndonëse është matje me kah, zhvendosja nuk tregon detyrimisht udhën që sendi ka ndjekur gjatë zhvendosjes, por vetëm vlerën përfundimtare të zhvendosjes, veçanërisht kur kemi zhvendosje me dy ose më shumë ndalesa. Për shembull, një send që udhëton fillimisht 5 metra në të majtë, e pastaj 5 metra në të dhjathtë, sasinë përfundimtare të zhvendosjes e ka njëjtë me 0, sepse është kthyer sërish në pikën fillestare të nisjes. Në gjuhën shkencore matja e zhvendosjes shënohet kështu:

 Δx = x₂ - x₁,

Ku germa Δx (delta iks) përfaqëson vlerën përfundimtare, germa x₁ (iks një) përfaqëson vendndodhjen fillestare dhe germa x₂ (iks dy) përfaqëson vendndodhjen përfundimtare.

Matja e shpjetësisë me kah tregon shpejtësinë dhe kahun e zhvendosjes së sendit por jo sasinë e zhvendosjes. Pra një send lëviz me një shpejtësi të caktuar, në një kah të caktuar, por nuk dihet sa metra apo kilometra është zhvendosur. Ta zëmë, kemi një automjet që lëviz me shpejtësi 60km/orë në drejtim të lindjes. Nga këto të dhëna arrijmë të kuptojmë shpejtësinë (60km/orë) dhe kahun e lëvizjes (drejt lindjes), por jo zhvendosjen, pasi kjo matje nuk tregon vendndodhjen e pikave A, B, C, etj. Emërtimi shkencor i shpejtësisë me kah është shpjetësia vektoriale ose shpejtësia e vektorit. Vektor quhet sendi që është në lëvizje me një kah të caktuar. Në gjuhën shkencore matja e shpejtësisë me kah shënohet kështu:

v = Δx / Δt

Ku germa v (velocity) përfaqëson shpjetësinë me kah, germat Δx (delta iks) përfaqësojnë ndryshimin e vlerës së zhvendosjes dhe germat Δt (delta t) përfaqësojnë kohën që ka kaluar.

Shpejtësia me kah, ashtu si zhvendosja, është matje me kah, sepse përveç vlerës së shpejtësisë, tregon edhe kahun e zhvendosjes. Por nëse do të matnim vetëm shpejtësinë, pa përmendur kahun, atëherë matje do të ishte me shkallë, sepse tregon vetëm “sa shpejt” lëviz sendi, pa treguar se “në cilin kah”. Për shembull, kur themi që një automjet është zhvendosur 100 metra në 5 sekonda, kemi treguar që shpejtësia e automjetit është 20 metra në sekondë, që është një matje me shkallë.

Dukuria e përshpejtimit shfaqet kur sendi ndryshon shpejtësinë, qoftë kur ajo rritet, qoftë kur ulet. Ndryshimi i sasisë së shpejtësisë dhe koha brenda së cilës ka ndryshuar, japin përshpejtimin. Ta zëmë se kemi një automjet që rrit shpejtësinë nga 0km/orë në 20km/orë brenda 4 sekondave. Ky ndryshim i shpejtësisë nga 0 në 20, brenda kohës së përcaktuar 4 sekonda, në gjuhën shkencore quhet përshpejtim. Në gjuhën shkencore matja e përshpejtimit shënohet kështu:

 a = Δv / Δt

Ku germa a përfaqëson vlerën e përshpejtimit, germat Δv përfaqësojnë vlerën e shpejtësisë me kah dhe germat Δt përfaqësojnë vlerën e kohës që ka kaluar. Ta zëmë se automjeti rrit shpejtësinë nga 0 në 20 m/s për 4 sekonda, atëherë përshpejtimi i automjetit është 5m/s2 në kahun e lëvizjes. Por nëse automjeti do të rriste shpejtësinë nga 0 në 20 m/s për 6 sekonda, atëherë vlera e përshpejtimit do të ishte e ndryshme, përkatësisht 0.93 m/s2.

E kundërta ndodh kur shpejtësia ulet. Në këtë rast dukuria e përshpejtimit quhet ngadalësim, ose përshpejtim negativ.