Réamhrá don Fhórsa Mheicniúil agus do Tairiscint

Tá fórsa meicniúil agus tairiscint an buncharraige na fisice agus innealtóireachta, rialú gach rud ó luascadh de luascadán a sheoladh roicéad. Cibé an bhfuil tú ag dearadh droichead, fabhtcheartú inneall carr, nó go simplí tuiscint conas a bogann liathróid nuair kicked, tá na coincheapa riachtanach. Leathnaíonn an t-alt seo ar na prionsabail bhunúsacha de fórsa meicniúil agus tairiscint, ag tairiscint forbhreathnú mionsonraithe fós inrochtana do mhic léinn, caitheamh aimsire, agus gairmithe araon. Déanfaimid iniúchadh ar nádúr na fórsaí, an mhatamaitic na gluaiseachta, dlíthe ceannródaíoch Newton, agus iarratais fíor-domhan a cruth ár saol laethúil.

Cad é an Fórsa Meicniúil?

Sna téarmaí is simplí, tá fórsa meicniúil bhrú nó tarraingt a bhí ar réad mar thoradh ar a idirghníomhaíocht le rud eile. Is féidir le Fórsaí ina chúis le rud chun dlús a chur, decelerate, treo athrú, nó deform. Tá siad cainníochtaí aisteoir, rud a chiallaíonn go bhfuil siad araon méid (cé chomh láidir is atá an bhrú nó tarraingt) agus treo. Is é an t-aonad SI for force an newton (N), arna sainmhíniú mar an bhfeidhm is gá chun dlús a chur le mais amháin-kilogram ag méadar cearnach in aghaidh an dara céim.

Tá na Fórsaí i ngach áit: an teannas i téad le linn tug-de-chogaidh, an fórsa gnáth ó tábla tacaíochta leabhar, an tarraingt imtharraingteach an Domhain, agus an cuimilte go slows bosca sleamhnáin. Chun anailís a dhéanamh ar na idirghníomhaíochta, innealtóirí agus fisiceoirí a tharraingt go minic léaráidí saor-chomhlacht] go bhfuil rud leithlisiú agus a thaispeáint gach fórsaí ag gníomhú ar sé, atá ríthábhachtach chun an fórsa glan a ríomh agus tairiscint mar thoradh air.

Cineálacha Fórsaí Meicniúla

Tá fórsaí meicniúla rangaithe go ginearálta i bhfórsaí teagmhála agus fórsaí neamh-teagmhála, gach ceann acu le fo-chineálacha tábhachtacha:

  • Fórsaí Dlúth:[) Tarlaíonn nuair a bhíonn dhá rud i dteagmháil go fisiciúil. I measc na samplaí eochair:
    • [[Fórsa Nordach:4]]] Fórsa Normánach:] An fórsa tacaíochta ingearach a bhí ag dromchla. Mar shampla, leabhar ar thaithí tábla gnáth-dlúthacht chothromaíochta fórsa aníos.
    • ] Friction:[]] An fórsa resistive ag gníomhú comhthreomhar le dromchlaí i dteagmháil, tairiscint i gcoinne (nó tairiscint intuigthe).
    • Toise:[] An fórsa tarraingt a tharchuirtear trí shraith, cábla, nó slabhra nuair a shíneann sé.
    • Feidhmeach Fórsa: Aon bhrú d'aon ghnó nó tarraingt ag duine nó meaisín, mar shampla brú ar cart.
    • Fórsa:[] An fórsa eile a bhí á chur i bhfeidhm ag earrach comhbhrúite nó síneadh, comhréireach le díláithriú (Dlí an Tí).
  • Níl aon-teagmhála Fórsaí:[] Acht ar fad gan teagmháil dhíreach. I measc na cineálacha coitianta:
        ]]Gravity:[] An fórsa tarraingteach idir aon dá maiseanna. Ar an Domhan, tugann sé rudaí meáchan (W = mg, i gcás g CONSTITUTION 9.81 m/s2).
      • Fórsaí Machnamhacha:[] Attraction nó a ionnarbadh idir maighnéid nó idir maighnéad agus ábhair neamhfheiriúil.
      • Fórsaí leictreacha:[[[FÁC 1]]] Fórsaí idir muirir leictreacha, mar shampla an tarraingt idir muirir os coinne nó athbhealú idir muirir cosúil le muirir.

    Mar shampla, i gceist ardaitheoir ag gluaiseacht suas teannas i cáblaí, fórsa gnáth ar an urlár, agus domhantarraingthe - ag gníomhú go léir ag an am céanna.

    An tIomlán

    Is é an tairiscint an t-athrú ar staid réad i gcoibhneas le fráma tagartha le himeacht ama. Cé go n-úsáideann muid go minic focail laethúla cosúil le "luas" nó "aistriú," Éilíonn fisic sainmhínithe beacht: díláithriú, treoluas, agus luasghéarú. Na cainníochtaí veicteoir ní fios ach méid ach freisin treo, dhéanamh anailís tairiscint geoiméadrach agus matamaiticiúla araon.

    Díláithriú, Velocity, agus Luasghéarú

    • Díláithriú[: An t-achar díreach-líne ón bpointe tosaigh go dtí an pointe dar críoch, lena n-áirítear treo. Mar shampla, ag siúl 5 méadar ó thuaidh ansin 3 torthaí soir i díláithriú de thart ar 5.83 méadar ó thuaidh. Tá sé seo difriúil ó achar, a suimeanna an cosán iomlán thaistil (8 méadar).
    • ] Is treoluas mheandarach an treoluas ag aon nóiméad ar leith. Is luas an méid treoluas - scáile. Tá carr ag taisteal ó thuaidh ag 60 km / h treoluas treoluas 60 km/u ó thuaidh.
    • Luasghéarú: An ráta ag a n-athruithe treoluas treoluas le himeacht ama. Áirítear leis seo luasghéarú, moilliú síos, nó treo atá ag athrú. Mar shampla, tá carr ag casadh cúinne ag luas leanúnach ag luas luathú mar gheall ar a athruithe treo. Luasghéarú = (luasluasluasluas treoluas deiridh - treoluas tosaigh) ÷ am, le haonaid SI de m/s2.

    Chun na amharcléiriú, a mheas graf: Tugann fána graf post-am treoluas; fána graf treoluas-am ar Tugann luasghéarú. Is ionann an limistéar faoi graf treoluas-ama díláithriú. Tá na caidrimh bunús i kinematics, an staidéar ar tairiscint gan féachaint ar fórsaí.

    Cineálacha Tairiscint

    Is féidir le tairiscint a aicmiú de réir a cosán agus seasmhacht:

    • Tairiscint Líneach[: Gluaiseacht feadh líne dhíreach, mar shampla traein ar rian díreach. Is féidir é a bheith aonfhoirmeach (luasluas seasmhach) nó neamh-aonfhoirmeach (ceiliúradh).
    • Rotational Tairiscint[: Gluaiseacht thart ar ais, cosúil le sníomh roth nó Earth rothlach. Cur síos ag díláithriú angular, treoluas uilleach, agus luasghéarú uilleach.
    • Tairiscint Periodic: Tairiscint athráiteach ar ais agus amach, mar shampla luascadán nó mais ar earrach (págáil armónach simplí).
    • Tairiscint Tionscadail[: Dhá-tríthoiseach tairiscint faoi domhantarraingthe, m.sh., lámhaigh cispheile. Is é an chomhpháirt cothrománach tairiseach (friotaíocht aeir neamhaird), agus luasghéarú tairiscint ingearach síos.

    Ceisteanna Coitianta

    Tá trí dlíthe Newton ar an bhunchloch na Meicnic clasaiceach. Soláthraíonn siad creat chun fórsaí a bhaineann leis an tairiscint mar thoradh. Tá gach dlí tacaíocht ó turgnaimh countless agus tá sé fós in úsáid inniu le haghaidh iarratais innealtóireachta is mó (ach amháin i gcás ina tionchar athbhrónacht nó chandamach tionchar tionchar tionchar tionchar).

    An Chéad Dlí: An Dlí na Inertia

    "Fanann réad ag an gcuid eile, agus rud i tairiscint tréimhsí ag gluaiseacht ag treoluas leanúnach mura ngníomh ar ag fórsa seachtrach glan." Tugann an dlí seo coincheap na táimhe] - an claonadh rud chun athruithe ina staid gluaiseachta a sheasamh. Tá Inertia díreach comhréireach le mais: tá rudaí níos mó ollmhór níos mó inertia. Mar shampla, éilíonn trucail trom fórsa i bhfad níos mó chun dlús a chur nó a stopadh ná rothar. Má tá tú i gcarr criticiúil a choscáin go tobann, tá do lurches comhlacht ar aghaidh mar gheall ar mian le do chuid fanacht ag gluaiseacht an luas bunaidh.

    Dara Dlí: F = ma

    "Tá luasghéarú ruda comhréireach go díreach leis an bhfeidhm glan ag gníomhú di ar sé agus go contrártha comhréireach lena mais." Matamaitic: F net = m × a], áit a bhfuil F net suim veicteoir na bhfórsaí go léir, m mais, agus is é an luasghéarú mar thoradh air sin. Cainníochtaíonn an dlí seo conas a dhéanann fórsaí difear do tairiscint. Mar shampla, má bhrúnn tú bosca 10 kg le 20 N de bhfeidhm (frithchuimiltire neamhaird), is é an luasghéarú 2 m / 2 s. An fórsa céanna i bhfeidhm ar 20 táirgeacht bosca 1 m2 / m.

    Tríú Dlí: Gníomh agus Imoibriú

    "I gcás gach gníomh, tá imoibriú comhionann agus os coinne. "Ciallaíonn sé seo fórsaí teacht i gcónaí i mbeirteanna. Nuair a bhrú tú ar bhalla, pushes an balla ar ais ar tú leis an méid céanna. Ní gá duit bogadh mar gheall ar an talamh freisin go gcuireann cuimilte a choinneáil ar bun tú. Oibríonn roicéad trí dhíbirt gás síos (gníomh), agus pushes an gás an roicéad suas (imoibriú). Ag siúl ag brath ar do chos a bhrú siar i gcoinne an talamh, agus pushes an talamh tú ar aghaidh.

    Chun córais casta, innealtóirí iad a úsáid in insamhaltaí chun gach rud ó thimpiste carr a shamhaltú chun orbits satailíte.

    An tAcht um Chosaint Sonraí, 2001

    Is é an fórsa an chúis luasghéarú, ach nach bhfuil an gaol i gcónaí simplí mar gheall ar fórsaí éagsúla ag gníomhú ag an am céanna. An fórsa gréasáin] Is é an tsuim veicteoir de gach fórsaí; má tá fórsa glan náid, an réad fós ag an gcuid eile nó leanann ag gluaiseacht ar treoluas leanúnach (An chéad dlí Newton). Má tá an fórsa glan nonzero, luasghéarú an réad i dtreo an fórsa glan.

    Friction: An Fórsa iarmharach

    Tagann Friction ó na hidirghníomhaíochtaí micreascópacha idir dromchlaí. Feidhmíonn sé i gcónaí os coinne an treo tairiscint (nó tairiscint intuigthe). Tá an Friction riachtanach - gan é, ní fhéadfaí tú ag siúl, scríobh le peann, nó carr a thiomáint. Ach is cúis leis freisin caillteanas fuinnimh mar theas. Braitheann an méid cuimilte ar nádúr na dromchlaí agus an fórsa gnáth ag brú orthu le chéile, cur síos ar chomhéifeacht na cuimilte (μ).

    • Friction Stata (μs): An fórsa a chuireann cosc ar rud ó tosú a bhogadh. Athraíonn sé ó nialas suas go dtí luach uasta, μs]] × N. Ní mór duit frithchuimilt statach a shárú chun rud a chur ar bun ag gluaiseacht. Mar shampla, bhrú ar cliath trom: go dtí go mbeidh an fórsa i bhfeidhm níos mó ná cuimilte statach uasta, ní dhéanann an cliathbhosca budge.
    • Friction cinéiteach (μ[[k)]: An rún i gcoinne bhfeidhm nuair a bhíonn an rud sleamhnáin cheana féin. Tá sé i gcoitinne níos lú ná an cuimilte statach uasta (μk]< μ]s[FLT: 7]), a mhíníonn cén fáth go bhfuil sé níos éasca a choinneáil ar bhosca ag gluaiseacht ná chun tús a chur leis ag gluaiseacht. Kinetic cuimilte μ[T: 8] gnáth-FRinne[T], i gcás ina bhfuil N.
    • Friction Rolling: An friotaíocht a bhíonn nuair rollaí réad thar dhromchla, i bhfad níos ísle ná mar a sleamhnáin cuimilte.
    • Air Friotaíocht (Drag): Cineál cuimilte sreabhach a bhraitheann ar treoluas, limistéar dromchla, agus cruth. I gcás rudaí a thagann, méaduithe tarraing go dtí go mbeidh sé cothromaíocht domhantarraingthe, mar thoradh air treoluas teirminéil - an luas uasta leanúnach bainte amach.

    Tá Tuiscint cuimilte criticiúil i ndearadh: coscáin ag brath ar cuimilte ard, agus tá sé mar aidhm innill agus imthacaí é a íoslaghdú. Athraíonn an chomhéifeacht cuimilte go forleathan: rubair ar coincréite tirim (μ0.7-1.0) i gcomparáid le cruach bhealaithe (μ0.05-0.1).

    Iarratais Phraiticiúla Fórsa Meicniúla agus Tairiscint

    Tá na prionsabail bhfeidhm agus tairiscint permeate gach gné den teicneolaíocht agus saol laethúil.

    Iompar agus Iompar

    • Carranna[: Táirgeann an t-inneall chasmhóimint chun na rothaí a thiomáint, ag giniúint fórsa frithchuimilte ó bhoinn ar an mbóthar chun an carr a thiomáint ar aghaidh.
    • Airplanes[: Airdíonn innill Scaird sá (fhórsa imoibriúcháin) chun tarraing a shárú, agus sciatháin a ghiniúint ardaitheoir trí dhifríochtaí brú. Pitch, rolla, agus yaw á rialú ag fórsaí athrú ar dhromchlaí rialaithe.
    • Tailte[: rothaí cruach ar ráillí cruach íoslaghdú cuimilte rollta, ag ligean taistil éifeachtach ardluais. Levitation mhaighnéadach (maglev) traenacha úsáid fórsaí maighnéadacha le haghaidh ardaitheoir agus tiomáint, deireadh a chur go hiomlán cuimilte.

    Innealra agus Innealtóireacht

    • Meaisíní Simplí[: Levers, pulleys, agus planes claonta fórsaí magnify obair a dhéanamh níos éasca. Mar shampla, lever multiplies fórsa i bhfeidhm ag achar trádála le haghaidh bhfeidhm (Prionsabal na nArchimedes).
    • Robotics: Róbata arm mótair a úsáid (torque), joints, agus nascálacha a chur i bhfeidhm fórsaí beacht agus tairiscintí.
    • Innealtóireacht Struchtúrach[: Ní mór d'fhoirgnimh agus droichid fórsaí a sheasamh ar nós ualaí imtharraingteacha, gaoithe, agus crith talún. Innealtóirí strusanna a ríomh (forneart in aghaidh an cheantair) agus bíomaí dearadh, colúin, agus fondúireachtaí teip a sheachaint. Tá tréithe neart ar leith ag ábhair cosúil le cruach agus coincréite.

    Spórt agus Áineasa

    • Tairiscint Tionscadail[: A lámhaigh cispheile, caith javelin, agus swing gailf i gceist go léir ag seoladh rud ar uillinn is fearr (de ghnáth 45 ° le haghaidh raon friotaíocht aeir faillí).
    • Friction in Spóirt[: imreoirí sacair cleats úsáid chun frithchuimilt le féar a mhéadú; pitchers baseball ag brath ar fhrithchuimilt chun casadh an liathróid do curveballs.
    • Momentum agus Collisions[: I spóirt cosúil le dornálaíocht nó peile, tuiscint impulse (bhfeidhm × am) Cuidíonn i ndearadh fearas cosanta a leathnaíonn am tionchar a laghdú bhfeidhm ar an gcomhlacht.

    Achoimre agus Breis-Fostaíochta

    Ní hamháin coincheapa téacsleabhar iad fórsa agus tairiscint mheicniúil — is iad na tiománaithe dofheicthe dár saol fisiceach iad. Trí nádúr veicteoir na bhfórsaí a thuiscint, na cainníochtaí kinematics, agus dlíthe Newton, faigheann tú an cumas chun anailís a dhéanamh ar cén fáth go n-iompraíonn rudaí an bealach a dhéanann siad. Is fórsa riachtanach é Friction, agus is minic a fheictear mar núis, a chuireann ar chumas gluaiseacht agus rialú. Ó iompar go spóirt, cuirtear na prionsabail seo i bhfeidhm go laethúil chun fadhbanna a mhaolú agus a réiteach.

    Chun do thuiscint a dhoimhniú, iniúchadh a dhéanamh ar na hacmhainní seo:

    Máistreacht na bunghnéithe osclaíonn an doras chun topaicí chun cinn cosúil le obair, fuinneamh, móiminteam, agus dinimic uainíochta, gach ceann acu a thógáil ar na smaointe foundational céanna. Tosaigh ag breathnú ar na fórsaí thart timpeall ort - gach bhrú, tarraingt, agus tá tairiscint ceacht i fisic i ngníomh.