3.4. AEG JA KIIRUS

Tornikell Šveitsi linnas Bernis ja naabruses asuv büroohoone, kus A. Einsten pani kirja oma relatiivsusteooria (fotomontaaž)

3.4. AEG JA KIIRUS

Aeg kui sündmuste kirjeldaja

Äsja vaatlesime võimalusi, kuidas füüsikas ruumi saab ette kujutada ja kirjeldada. Nägime, et ruumi on võimalik kirjeldada erinevate mudelite abil. Kõik füüsikalised objektid asuvad mingis kindlas paigas ning nendega toimuvad nähtused leiavad aset samuti igaüks mingis kindlas ruumipunktis.

Läheme mõttekäiguga edasi. Kui sündmusi leiab aset mitu, toimuvad need mingis kindlas järjekorras. Mõned sündmused on varasemad, teised toimuvad hiljem. Sündmusi saab toimumise alusel järjekorda seada.

Kui sündmused on järjekorda seatud, saab neid võrdlema hakata. Enne tuleb muidugi veel kokku leppida, millise sündmusega võrdlema hakkame. Näiteks on ajaloosündmuste võrdluse aluseks võetud Piiblis kirjeldatud Kristuse sünnipäev. Olgu meie poolt võrdluse aluseks võetud sündmuse nimetuseks ALGUS. Nüüd on sündmuste toimumise võrdlemiseks kaks võimalust. Me võime määrata iga üksiku sündmuse toimumise hetke või kahe sündmuse vahelise ajavahemiku. Ajavahemiku abil saab kirjeldada nii kahe sündmuse toimumise vahele jäävat aega kui ka sündmuse toimumise kestust ja kiirust. Lühemat aega kestvad sündmused on kiiremad kui aeganõudvamad.

Sarnaselt pikkusega on aeg suurus, millele ei saa anda täpset sõnalist definitsiooni. Me saame aega ja selle kulgu vaid tajuda ja ette kujutada. Seega saab ajast sarnaselt ruumiga rääkida vaid kui sündmuste toimumist kirjeldavast mudelist.

Aja omadused

Aeg on füüsikaline suurus — aega saab mõõta ja saadud mõõtetulemust arvuliselt väljendada.
Aeg on fundamentaalne ehk põhisuurus — aeg on kõikides füüsikavaldkondades kasutatav suurus, aega ei väljendata teiste suuruste kaudu, aeg on ise teiste suuruste defineerimise aluseks.
Aeg on pidev — me ei saa mingitest ajavahemikest ilma neid labimata üle hüpata.
Aeg on pöördumatu — me saame ajas vaid edasi minna, tagasipöördumine ja juba toimunu muutmine pole tänapäeva teadlaste arvates võimalik.

Aja mõõtmine

Aja mõiste on sarnaselt pikkusega käsitletav vaid läbi võrdlemise. Aega defineeritaksegi mõõtmise ehk võrdlemise kaudu.

Aja mõõtmise aluseks ongi enamasti võrdlemine looduses toimuvate perioodiliste nähtustega ehk nähtustega, mis korduvad võrdsete ajavahemike tagant. Peale selle võib aja mõõtmisel võtta võrdluse aluseks ka muutumatu kiirusega kulgevad protsessid.

Aja mõõtmiseks saab kasutada näiteks:

taevakehade näivat tiirlemist (Päikese tõusmine ja loojumine);
Kuu faaside (Kuu loomine, noorkuu, täiskuu, vanakuu) vaheldumist;
küünla lühenemist põlemise käigus;
liiva voolamist läbi liivakella väikese ava;
kõikvõimalike pendlite võnkumist;
aatomitest väljuva kiirguse laineid.

Aja mõõtühiku kokkuleppimise aluseks on võetud Päikese näiv tiirlemine ümber Maa. Ühe täistiiru sooritamise aeg on jagatud 24 tunniks, iga tund 60 minutiks ja iga minut 60 sekundiks. Aja mõõtühikuks on SI-s 1 sekund.

Aega mõõdetakse kellaga. Erinevatele nähtustele põhinevate kellade näideteks on:

päikesekell;
liivakell;
pendli ja pommidega seinakell;
kronomeeter (eriti täpne mehaaniline kell);
elektrooniline kell;
aatomikell (täpseim kell üldse!);
erand: kalender — vahend päevade, nädalate, kuude ja aastate möödumise jälgimiseks.

Aega on mõõdetud vastavalt oskustele vesi- ja liivakellast alates kuni elektrooniliste aatomikelladeni välja

Kiirus kui ajas toimuvaid muutusi kirjeldav suurus

Füüsikaliste objektidega võib aset leida mitmesuguseid muutusi. Puhumise käigus õhupall paisub ja kui pall juhtub puhuja käest lahti pääsema, lendab see oma asukohta muutes suure hooga minema ning võib näiteks ümber lükata hingedepäeva ööks aknale süüdatud küünla... Iga sündmus kulutab toimumiseks mingi ajavahemiku. Aeglasemalt toimuv sündmus kulutab rohkem aega, kärmem seevastu vähem.

Sündmusele kuluv aeg iseloomustab sündmuse toimumise kiirust. Füüsikud on kokku leppinud, et sündmuse toimumise kiiruse all mõeldakse suurust, mis näitab, kui suur muutus toimub ühe ajaühiku kohta.

Näiteks näitab liikumiskiirus, kui palju nihkub keha esialgsest asendist eemale ühe sekundi jooksul. Liikumiskiiruse mõõtühik on sellele kokkuleppele vastavalt 1 m/s.

Tööd tegeva masina võimsus näitab töö tegemise kiirust ehk seda, kui palju tööd jaksab masin (näiteks automootor) teha ühe sekundi kestel. Kuna töö mõõtühik on 1 džaul (1 J), on võimsuse müütühikuks järelikult 1 J/s, mida nimetatakse Inglise inseneri J. Watt mäletuse jäädvustamise eesmärgil vatiks (1 W).

Aja seos ruumi ja gravitatsiooniga

Aja mõiste on võetud kasutusele seoses sündmuste järjestamisega. Sündmuste järjestamisel saame õiges tulemuses kindel olla vaid siis, kui tegemist on põhjuslikult seotud sündmustega. Kui pall lendab aknasse ja aknaklaas selle tõttu puruneb, saame tõepoolest kindlel olla, et pallitabamus eelnes klaasi purunemisele. Kui põhjuslik seos sündmuste vahel puudub, ei saa me ka nende õiges järjestuses enam sugugi kindel olla!

Kõvera ruumi geomeetria järgi ei möödu suurte kiiruste ja vahemaade korral aeg kõikide vaatlejate jaoks enam sugugi ühtemoodi. Ei tundu küll terve mõistuse jaoks vastuvõetavana, aga üksteisest sõltumatute sündmuste toimumise järjekord võib erinevate vaatlejate jaoks olla erinev!

Šveitsi linnas Bern patendiametnikuna elatist teeninud Albert Einstein jõudis aja ja ruumi seoste üle arutledes järelduseni, et aeg ja ruum on teineteisega seotud. Ruumis kiirelt asukoha muutmisel kulgeb aeg aeglaste liikujatega võrreldes teistmoodi. Aja kulgemine sõltub veel ka gravitatsiooni tugevusest. Kui väga täpseks minna, siis kõrghoone esimesel korrusel, mis Maa keskpunktile lähemal, kulgeb tugevama gravitatsioonijõu tõttu aeg ülakorrustega võrreldes teise kiirusega! Tavaolukordades (makromaailma käsitlemisel) sellised efektid aga ilmsiks ei tule.

Jätame meelde: aeg pole siiski absoluutne ehk kõigi vaatlejate jaoks ühtmoodi toimiv! Erinevates olukordades tuleb kasutada aja erinevaid mudeleid!

< Tagasi Sisukord Edasi >