مقدمه ای بر نیروی مکانیک و حرکت

نیروی مکانیکی و حرکت، بستر فیزیک و مهندسی است، که همه چیز را از نوسان یک خودکار به پرتاب یک راکت اداره می کند، چه شما در حال طراحی یک پل، عیب یابی یک موتور ماشین، یا به سادگی درک چگونگی حرکت توپ در هنگام پرتاب، این مفاهیم ضروری است. این مقاله در اصول اساسی نیروی مکانیکی و حرکت، ارائه یک مرور دقیق برای دانش آموزان سرگرمی، به طور یکسان، و به بررسی برنامه های طبیعت ما، ما، ما، ما کمک می کند.

نیروی مکانیکی چیست؟

در ساده ترین شرایط، یک نیروی مکانیکی فشار یا کشش بر روی یک شیء است[۱] به عنوان یک نتیجه از تعامل آن با یک شی دیگر، نیروهای می توانند یک شیء را ایجاد کنند تا سرعت، جهت تغییر یا تجزیه نیوتن را تسریع کنند، و به عنوان یک واحد مربع در مقادیر رسمی [FLT: ۱]، به این معنی که آنها دارای هر دو اندازه (چه فشار قوی یا کشش) هستند و واحد کار (Fil) برای درک جرم دوم (Fnew) لازم است.

نیروهای در همه جا هستند: تنش در یک طناب در طول یک جنگ، نیروی عادی از یک میز حمایت از یک کتاب، کشش گرانشی زمین و اصطکاک که یک جعبه کشویی را کند می کند تا این تعاملات، مهندسان و فیزیکدانان را تجزیه و تحلیل کند، اغلب نمودارهای بدون بدن را ترسیم می کنند.[۱۰] FLT ۱ [FLT ۱] که یک شی را جدا می کند و نشان می دهد که همه نیروهای حرکت برای نیروی حیاتی و محاسبه نیروی محرک آن است.

انواع نیروهای مکانیکی

نیروهای مکانیکی به طور گسترده ای در نیروهای تماس و نیروهای غیر تماس طبقه بندی می شوند که هر کدام دارای زیرمجموعه های مهم هستند:

  • نیروهای تماس: هنگامی که دو جسم به طور فیزیکی لمس می کنند، نمونه های کلیدی عبارتند از:
    • نیروی عادی: نیروی پشتیبانی از پرداخت به طور خاص اعمال شده توسط یک سطح.
    • نیروی مقاومت که به طور موازی با سطوح در تماس، حرکت مخالف (یا حرکت قریب الوقوع) عمل می کند، بعداً در مورد اصطکاک بحث خواهیم کرد.
    • [[۱] [۱۰]: [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱]] [۱] [۱] [۱]] نیروی کششی از طریق یک رشته، کابل یا زنجیره ای هنگامی که کشیده می شود، منتقل می شود.
    • نیروی آزاد: [FLT 1] هر گونه فشار عمدی یا کشیدن توسط یک فرد یا ماشین، مانند فشار دادن یک سبد.
    • ] نیروی بهار: [ نیروی ترمیم اعمال شده توسط یک بهار فشرده یا کشیده شده، متناسب با جابجایی (قانون هالوک).
  • نیروهای غیر تماسی [FLT1] [FLT1] [قانون 1] در فاصله ای بدون تماس مستقیم، انواع مشترک عبارتند از:
    • ] نیروی جذاب بین هر دو توده زمین، آن را به اشیاء (W = mg، که در آن 9.0 /2) می دهد.
    • نیروهای مانیتیک [FLT 1] جذب یا دفع بین آهنرباها یا بین آهن مغناطیسی و مواد مغناطیسی.
    • نیروهای الکترواستاتیک: نیروهای بین هزینه های الکتریکی مانند جاذبه بین اتهامات مخالف یا دفع بین هزینه های مشابه.

درک متقابل این نیروها برای پیش بینی حرکت یا یکپارچگی ساختاری بسیار مهم است.برای مثال، یک آسانسور که به سمت بالا حرکت می کند، شامل تنش در کابل ها، نیروی عادی روی کف و گرانش است که همه به طور همزمان عمل می کنند.

درک حرکت

حرکت تغییر در موقعیت یک شی نسبت به یک چارچوب مرجع در طول زمان است، در حالی که ما اغلب از کلمات روزمره مانند "سرعت" یا "حرکت"، فیزیک نیاز به تعاریف دقیق دارد: جابجایی، سرعت و شتاب این تعداد بردار نه تنها نشان دهنده اندازه، بلکه جهت، تجزیه و تحلیل حرکت هر دو هندسی و ریاضیات.

مکان، Velocity و Acceleration

  • مکان یابی : فاصله مستقیم از نقطه شروع به نقطه پایانی، از جمله جهت، پیاده روی 5 متر در شمال، سپس 3 متر شرق منجر به جابجایی حدود 5.83 متر شمال شرقی، این متفاوت از فاصله، که کل مسیر سفر (8 متر) است.
  • وایداست : نرخ تغییر جابجایی. میانگین سرعت جابجایی = زمان - سرعت سرعت سرعت سرعت در هر لحظه خاص است.سرعت اندازه سرعت - یک ماشین اسکیت است.
  • : نرخ که در آن سرعت در طول زمان تغییر می کند، این شامل سرعت، کاهش یا تغییر جهت است.به عنوان مثال، یک ماشین تبدیل یک گوشه در سرعت ثابت شتاب می یابد زیرا تغییرات جهت آن است.

برای تجسم این، یک نمودار را در نظر بگیرید: شیب گراف زمان به سرعت می دهد؛ شیب سرعت-زمان گراف شتاب می دهد. منطقه تحت یک گراف سرعت برابر جابجایی است.این روابط در kinematics پایه گذاری شده است، مطالعه حرکت بدون توجه به نیروها.

انواع حرکت

حرکت را می توان با مسیر و صلاحیت آن طبقه بندی کرد:

  • حرکت خطیر : حرکت در امتداد خط مستقیم، مانند قطار در مسیر مستقیم، می تواند یکنواخت (سرعت ثابت) یا غیر دانشگاهی (تحریم) باشد.
  • حرکت روتورال : حرکت در اطراف محور، مانند چرخ چرخش یا چرخش زمین، توصیف شده توسط جابجایی زاویه ای، سرعت زاویه ای و شتاب زاویه ای.
  • [[۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱]]: [۱] حرکت بازگشتی و جلو، مانند یک قلم یا توده در یک بهار (حرکت آسیب پذیری ساده).
  • [FLT: 1 ] حرکت دو بعدی تحت گرانش، به عنوان مثال، یک شات بسکتبال ثابت (تقویت مقاومت هوایی) است، در حالی که حرکت عمودی سرعت به سمت پایین.

قوانین حرکت نیوتن

سه قانون نیوتن سنگ بنای مکانیک کلاسیک است، آنها چارچوبی برای ارتباط نیروهای به حرکت نتیجه ارائه می دهند، هر قانون توسط آزمایش های بی شماری پشتیبانی می شود و هنوز هم برای اکثر برنامه های مهندسی (به جز جایی که نسبیت یا اثرات کوانتومی غالب است) استفاده می شود.

قانون اول: قانون عدم فعالیت

یک شی در استراحت باقی می ماند و یک شی در حرکت در سرعت ثابت باقی می ماند مگر اینکه توسط یک نیروی خارجی خالص عمل کند.این قانون مفهوم {FLT: {FLT:1 } را به طور ناگهانی به سرعت حرکت دادن یک شی برای مقاومت در برابر تغییرات در حالت حرکت آن متصل می کند.

قانون دوم: F = ما

شتاب یک شی به طور مستقیم متناسب با نیروی خالص عمل بر روی آن و به طور معکوس متناسب با جرم آن است.» - ریاضی: F net = m × {\displaystyle }، که F net به طور ساختاری از تمام نیروها، توده است و یک نمودار نتیجه است که شتاب سنج این قانون اندازه گیری می کند که چگونه نیروی کار را به سرعت 10 کیلوگرمی اعمال می کند (به عنوان مثال نیروی 2 کیلوگرمی که به شما کمک می کند).

قانون سوم: عمل و واکنش

برای هر اقدام، یک واکنش برابر و مخالف وجود دارد، این بدان معنی است که نیروهای همیشه در جفت ها قرار می گیرند، هنگامی که شما بر روی دیوار فشار می آورید، دیوار با همان اندازه به سمت شما برمی گردد، شما حرکت نمی کنید زیرا زمین همچنین برای حفظ شما اصطکاک می کند، یک موشک با اخراج اجسام به سمت پایین (فعال) کار می کند و گاز به سمت بالا حرکت می کند (عمل به سمت جلو حرکت می کند، بنابراین به سمت جلو حرکت می کند و به سمت جلو حرکت می کند.

این سه قانون با هم ما را قادر می سازد تا حرکت را از نیروهای خود پیش بینی کنیم و برعکس، برای سیستم های پیچیده، مهندسان از آنها در شبیه سازی ها استفاده می کنند تا همه چیز را از تصادف اتومبیل به مدار ماهواره ای مدل کنند.

چگونه نیروی انسانی بر حرکت تأثیر می گذارد

نیروی دلیل شتاب است، اما رابطه همیشه به دلیل نیروهای متعدد که به طور همزمان عمل می کنند، ساده نیست. نیروی مجموع بردار تمام نیروها است؛ اگر نیروی خالص صفر باشد، جسم یا در استراحت باقی بماند یا در سرعت ثابت حرکت کند (قانون اول نیوتون) اگر نیروی غیر صفر باشد، جسم در جهت حرکت مشترک با نیروی عادی سرعت می یابد.

آزادی: نیروی مقاومت

انحراف از تعاملات میکروسکوپی بین سطوح بوجود می آید، همیشه در مقابل جهت حرکت (یا حرکت قریب الوقوع) عمل می کند - بدون آن، شما نمی توانید راه بروید، با قلم بنویسید یا یک ماشین را رانندگی کنید، اما همچنین باعث از دست دادن انرژی به عنوان گرما می شود. اندازه اصطکاک بستگی به ماهیت سطوح و نیروی عادی فشار دادن آنها با هم دارد (μμ).

  • [[۱] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳]] [۳] [براى [براى [براى [براى [براى] یک جسمى] از [براى [براى [براى [براى] [براى [براى] [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى [براى [براى] [براى] [براى [براى [براى] [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى] [براى] [براى [براى] [براى] [براى] [براى] [براى] [براى] [براى
  • [[ویرایش] [[[۱]] [۱۰] [۳]] [[۳]]] [[۳]]] [۳] [۳]] [۳]] [۳] [۳] [۳]] [۳]] [۳]] [۳] [۳]] [۳]] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳] [۳] [و [به [که [به [به [و [به [به] [به [و] [به [به]]]] [به [به [به [و]]]]]]]] [و [و [و [و [به]]]]]]]]] [به [و [به [به [به [به [به [و [و [به [و]]]]]]]]]]]]]]]]] [به [از [و [به [به [به [به [از [از [از [به [به [به [به [و [و [و [و [و [و [و]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [به [
  • پرتاب فریسی ؛ مقاومت هنگامی که یک شی بر روی یک سطح قرار می گیرد، بسیار پایین تر از اصطکاک کشویی است، به همین دلیل است که چرخ ها و چرخ های توپ کارآمد هستند.
  • ] مقاومت هوا (Drag) [[[ ] [FLT:] نوعی از اصطکاک مایع که به سرعت، سطح و شکل بستگی دارد، برای اشیاء سقوط، افزایش می یابد تا زمانی که آن را تعادل جاذبه، و منجر به سرعت (FLT:2) - حداکثر سرعت به Skydivers این تجربه زمانی که آنها سرعت را متوقف می کنند.

درک اصطکاک در طراحی بسیار مهم است: ترمزها به اصطکاک بالا متکی هستند، در حالی که موتورهای و بلبرینگ ها قصد دارند آن را به حداقل برسانند. ضریب اصطکاک به طور گسترده ای متفاوت است: لاستیک روی بتن خشک ( ⁇ 0.7-1.0) در مقابل فولاد روانکاری ( ⁇ 0.05-0.1).

برنامه های کاربردی نیروی مکانیک و حرکت

اصول نیرو و حرکت در هر جنبه از تکنولوژی و زندگی روزمره نفوذ می کند.در زیر مناطق کلیدی هستند که این مفاهیم در آن قرار می گیرند:

حمل و نقل

  • کارها : موتور گشتاور را برای رانندگی چرخ ها تولید می کند، تولید نیروی اصطکاک از لاستیک در جاده برای جلو راندن ماشین، ترمزها اصطکاک را به چرخ ها برای تخریب استفاده می کنند.
  • هواپیماهای هوایی : موتورهای جت برای غلبه بر کشش، نیروی محرکه تولید می کنند، در حالی که بال ها از طریق تفاوت های فشار، رول و یاو با تغییر نیروهای در سطوح کنترل، آسانسور را تولید می کنند.
  • برها : چرخ های فولادی بر ریل های فولادی به حداقل رساندن اصطکاک، اجازه می دهد سفر با سرعت بالا کارآمد (maglev) قطارها استفاده از نیروهای مغناطیسی برای آسانسور و نیروی محرکه، از بین بردن اصطکاک به طور کامل.

ماشین آلات و مهندسی

  • ماشین آلات پریمتر؛ لورز، و هواپیماهای مستعد، نیروهای را برای آسان تر کردن کار، به عنوان مثال، یک اهرم چند نیروی اعمال شده را با فاصله تجاری برای نیروی کار (اصل آرچیس) تقسیم می کند.
  • ربات ها : سلاح های رباتیک از موتورهای (torque)، مفاصل و پیوندهایی برای اعمال نیروهای دقیق و سنسورهای نیروی اطمینان حاصل می کنند که آنها می توانند بدون خرد کردن آنها، اشیاء را جذب کنند.
  • مهندسی ساختاری : ساختمان ها و پل ها باید نیروهایی مانند بارهای گرانشی، باد و زلزله را تحمل کنند. مهندسین استرس (نیروی در هر منطقه) و پرتوهای طراحی، ستون ها و پایه ها را برای جلوگیری از خرابی مواد مانند فولاد و بتن دارای ویژگی های قدرت خاص محاسبه می کنند.

ورزش و تفریح

  • حرکت پروژه ای [FLT: یک شات بسکتبال، پرتاب زردلین، و یک نوسان گلف همه شامل پرتاب یک شی در یک زاویه مطلوب (معمولا 45 درجه برای حداکثر مقاومت هوایی نادیده گرفته شده) است.
  • تحریک در ورزش ؛ بازیکنان فوتبال از کرات برای افزایش اصطکاک با چمن استفاده می کنند؛ زمینداران بیس بال به اصطکاک به توپ برای چرخش توپ متکی هستند.
  • Momentum و Collisions [FLT 1 ]: در ورزش مانند بوکس یا فوتبال، درک انگیزه (نیروی × زمان) کمک می کند تا در طراحی دنده های محافظ که زمان تاثیر را برای کاهش نیرو بر بدن گسترش می دهد.

خلاصه و بیشتر اکتشاف

نیروی مکانیکی و حرکت فقط مفاهیم کتاب نیست - آنها رانندگان نامرئی جهان فیزیکی ما هستند.با درک ماهیت بردار نیروها، مقدار خویشاوندی، و قوانین نیوتن، شما توانایی تجزیه و تحلیل چرا اشیاء رفتار می کنند راه آنها را به عنوان یک انحراف، در حالی که اغلب به عنوان یک انحراف دیده می شود، یک نیروی ضروری است که حرکت و کنترل از اصول ساخت و ساز برای حل این مشکلات ورزشی و ساز روزانه اعمال می شود.

برای عمیق تر کردن درک خود، این منابع را بررسی کنید:

استاد این اصول در را به موضوعات پیشرفته مانند کار، انرژی، حرکت و پویایی چرخش باز می کند، که همه آنها بر روی همان ایده های بنیادی ساخته شده است.با مشاهده نیروهای اطراف شما شروع کنید - هر فشار، کشش و حرکت یک درس در فیزیک در عمل است.