fundamental-mechanics
הבנת היסודות של כוח מכני ותנועה
Table of Contents
מבוא לכוח מכני ותנועת
כוח מכני ותנועה הם סלע הפיזיקה וההנדסה, השולטים בכל מה שמנדנדה של עטווט לשגרה של טיל.אם אתם מתכננים גשר, מתקשים לפתור מנוע רכב, או פשוט מבינים איך כדור נע כאשר בעט, מושגים אלה הם חיוניים. מאמר זה מתרחב על עקרונות היסוד של כוח מכני ותנועה, המציע סקירה מפורטת עדיין נגישה לסטודנטים, לתחביבים ואנשי מקצוע כאחד, אנחנו לחקור את חוקי תנועה, מציאות, מציאות, מציאות, מציאות של המציאות של המציאות של המציאות, את חוקי תנועה, ומציאות, את המציאות שלנו, את חוקי תנועה, מציאות, ומציאות, ומציאות, מציאות, מציאות המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות, ומציאות, ומציאות, את חוקי המתמטיקה שלנו, ומציאות, ומציאות, את חוקי תנועה, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ומציאות, את חוקי תנועה, את חוקי תנועה, ומציאות, ומציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של המציאות של ניוטון, ומציאות, ומציאות, את חוקי תנועה, ומציאות, ומציאות, של המציאות של המציאות של ניוטון, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ומציאות, ו
מהו כוח מכני?
במונחים הפשוטים ביותר, כוח מכני הוא דחיפה או מופעל על חפץ כתוצאה מאינטראקציה עם חפץ אחר, כוחות יכולים לגרום לאובייקט להאיץ, להרס, לשנות כיוון, או לעיוות.הם הם FLT:0 הנחתים כמויות FLT:1, כלומר יש להם גודל אחד (כמה חזק לדחוף או למשוך הוא) וכיוון על ידי יחידת הכוח עבור ה-FLT: 1 מילימטר אחד, כלומר, כוח אחד, 1 ל- 1 ליטר, כדי להשיג את הכוח, 1 (מחץ אחד, 1) כדי לחזק את הכוח, 1 (מחץ אחד, 1- 17 ק"מחץ) 1 (מחדש) 1) 1 (מחץ אחד, 1) 1 (מהפכה אחת, 1 (מחץ אחד, 1) 1 (מחץ אחד, 1) 1 (מהפכה אחת, 1) 1 (מחץ אחד, 1 (מחדש, 1) 1) בכיוון אחד, 1 (מהפכה אחת, כלומר, 1 (מחדש, 1 (מחדש, כלומר, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 1, 1, 1) הוא כוח חזק, 1) בכיוון חזק, 1) בכיוון אחד, 1 (הכוח אחד,
כוחות הם בכל מקום: המתח בחבל במהלך גל מלחמה, הכוח הרגיל של שולחן התומך בספר, המשיכה הכובדת של כדור הארץ, והחיכוך שמאט את תיבת החיתוך.כדי לנתח אינטראקציות, מהנדסים ופיזיקאים אלה לעתים קרובות לצייר את ה-FLT: דיאגרמות ללא גוף 1 שבודדות אובייקט ולהראות את כל הכוחות הפועלים עליו, שהוא חיוני עבור חישוב כוח תנועה ותנועה.
סוגים של כוחות מכניים
כוחות מכניים מסווגים באופן רחב לכוחות מגע וכוחות שאינם מגע, כל אחד עם תת-סוגים חשובים:
- (ב) ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- [ה]הכוח הנגדי פועל במקביל למשטחים במגע, התנגדות לתנועות (או ליציאה ממושכות) נדבר על חיכוך בפירוט מאוחר יותר.
- (ב) ⁇ :0) ⁇ : "הכוח המושך מועבר דרך מחרוזת, כבל או שרשרת כאשר הוא מתוח.
- [ה]הכוח הניטרלי: [ה] כל דחף מכוון או משיכה על ידי אדם או מכונה, כגון לחיצה על עגלות.
- [ה]הכוח המחודש [ה] הוא [ה] מעיין [ב], [ה'], [ב], [ה'], [ה'], [ה'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
הבנת הממשק של כוחות אלה היא קריטית לחיזוי תנועה או יושרה מבנית.לדוגמה, מעלית נעה למעלה כרוכה במתחים בכבלים, כוח רגיל על הרצפה וכוח הכבידה – כולם פועלים בו זמנית.
הבנה של Motion
התנועה היא השינוי בעמדת האובייקט ביחס למסגרת ההתייחסות לאורך זמן.בעוד שאנו משתמשים לעתים קרובות במילים יומיומיות כמו "מהירות" או "הנעה", הפיזיקה דורשת הגדרות מדויקות: עקירה, מהירות והאצה.
בדידות, ואלימות
- (FLT:0)DisplacementFLT:1: המרחק הישיר מנקודת ההתחלה עד הסוף, כולל כיוון.לדוגמה, הליכה 5 מטרים צפונה אז 3 מטרים מזרחה תוצאות בעקירה של כ 5.83 מטרים צפונית מזרחית.
- (FLT:0)VelocityFLT:1: שיעור השינוי של עקירה.מהירות ממוצעת = עקירה זמן ⁇ .מהירות מיידית היא המהירות בכל רגע נתון.מהירות היא גודל המהירות - סקאלר. A מכונית נוסעת צפונה ב 60 ק"מ / שעה יש מהירות של 60 קמ"ש צפונה.
- (FLT:0) AccelerationFLT:1: השיעור שבו שינויים מהירות לאורך זמן.זה כולל מהירות, להאט או שינוי כיוון.לדוגמה, מכונית הופכת פינה במהירות מתמדת הוא מאיץ כי הכיוון שלו משתנה. Acceleration = (מהירות סופית - מהירות ראשונית) ⁇ זמן, עם יחידות של m /s2.
כדי לדמיין את אלה, לשקול גרף: מדרון של גרף במשרה חלקית נותן מהירות; מדרון של גרף במהירות זמן מספק האצה. האזור תחת גרף זמן מהירות שווה עקירה.מערכות יחסים אלה הן בסיסיות ב kinematics, המחקר של תנועה ללא התייחסות לכוחות.
סוגים של תנועה
ניתן לסווג את התנועה על ידי הנתיב והיציבות שלה:
- (ב) ⁇ :0) ⁇ (הופנה מהדף ישר, כגון רכבת על מסלול ישר.זה יכול להיות אחיד (מהירות בלתי אחידה) או לא אחיד (הפחתת).
- (ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]]: תנועה סביב ציר, כמו גלגל מסתובב או כדור הארץ מסתובב.
- (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
- (FLT:0)Projectile MotionigofLT:1: 2-ממדי תנועה תחת כוח הכבידה, למשל, צילום כדורסל.הרכיב האופקי הוא קבוע (החזקת התנגדות אוויר), בעוד תנועה אנכית מאיצה כלפי מטה.
חוקי התנועה של ניוטון
שלושת החוקים של ניוטון הם אבן הפינה של מכניקה קלאסית.הם מספקים מסגרת לקשר כוחות להצעה המתקבלת.כל חוק נתמך על ידי אינספור ניסויים ועדיין משמש כיום עבור רוב יישומי ההנדסה (מלבד היכן היחסות או תופעות קוונטיות שולטות).
חוק ראשון: חוק האינרציה
"חפץ במנוחה נשאר במנוחה, ואובייקט בתנועה נשאר בתנועה במהירות קבועה אלא אם כן פעל על ידי כוח חיצוני נטו", החוק מציג את הרעיון של FLT:0inertiaFLT:1 - הנטייה של אובייקט להתנגד לשינויים במצב התנועה שלו.
חוק שני: F = ma
"האצה של אובייקט היא פרופורציה ישירה לכוח הנקי הפועל על זה ובאופן הפוך ביחס למסה שלו" מתמטית: FLT:0F net = m × atureFLT:1, שבו F net הוא הסכום הווקטורי של כל הכוחות, m הוא מסה, והוא האצה המתקבלת ההאצה.
חוק שלישי: פעולה ותגובה
"לכל פעולה יש תגובה שווה ומנוגדת" זה אומר שכוחות באים תמיד בזוגות.כאשר אתה דוחף על הקיר, הקיר דוחף אותך באותה גודל.אתה לא זז כי הקרקע גם מאמץ חיכוך כדי לשמור אותך יציב.רקטה פועל על ידי גירוש גז כלפי מטה (פעולה), והגז דוחף את הרקטות למעלה (פעולה).
שלושת החוקים הללו מאפשרים לנו לחזות תנועה מכוחות ולהיפך.עבור מערכות מורכבות, מהנדסים משתמשים בהם בסימולציות כדי לעצב את כל מה שמתאונות דרכים למסלולי לוויין.
כיצד משפיע הכוח על התנועה
הכוח הוא הגורם להאצה, אך היחסים אינם תמיד פשוטים בגלל כוחות מרובים הפועלים בו-זמנית.הכוח של ה-FLT:0 [61] הוא סכום הווקטור של כל הכוחות; אם כוח נטו הוא אפס, האובייקט נשאר במנוחה או ממשיך לנוע במהירות קבועה (חוק הראשון של ניוטון) אם כוח נטו אינו אפס, ההתנגדויות בכיוון של הכוח הנקי הוא עדיין נוגד את רוב הכוחות המשותפים, כך שבחנו את העומקים.
המונחים: the Resistive Force
פריצה מתעוררת מהאינטראקציות המיקרוסקופיות בין פני השטח.זה תמיד פועל בניגוד לכיוון התנועה (או תנועה בלתי פוסקת) היא חיונית - בלעדיו, לא יכולת ללכת, לכתוב עם עט, או לנהוג במכונית.אבל זה גם גורם לאובדן אנרגיה כמו חום.ההיקף של החיכוך תלוי בטבע של פני השטח וכוח הרגיל לדחוף אותם יחד, המתואר על ידי חיכוך יעיל של (μ).
- (ב) [ה]הכוח המונע מחפץ להתחיל לנוע: הוא משתנה מאפס עד לערך מקסימלי, μsFLT:2]sFLT 3:2; הכוח המונע מחפץ להתחיל לנוע.זה משתנה מאפס עד לערך מקסימלי, μcioFLT:4sFLT:5 × N.You חייב להתגבר על חיכוך סטטי כדי להגדיר אובייקט בדוגמה, דחיפה כבדה של חיכוך עד למקסימום: עד לחיכוך סטטי, עד למקסימום, עד לערעור, עד לערעור, עד לערעורר את החיכוך סטטי, עד למקסימום: 5 חיכוך סטטי, עד לערערערערעור, עד למקסימום: 5 חיכוך סטטי, עד לערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערכם, עד לערכם, עד לערכם, עד לערערערערערערכם, עד לערכם, עד לערעור, עד לערערערערערערערערערערעור, עד לערערכם, עד לערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערער
- (ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]] [[[[[[1924]] [[19
- (ב) [ה]ההתנגדות נתקלה כאשר חפץ מתגלגל על פני השטח, הרבה יותר נמוך מאשר חיכוך מחוספס.
- (ב) ⁇ :0) התנגדות אווירית (Drag)FLT:1hil: סוג של חיכוך נוזל תלוי במהירות, שטח פני השטח, צורה. עבור אובייקטים נופלים, לגרור עלייה עד שהוא מאזן את הכבידה, וכתוצאה מכך:2 מהירות לטווח ארוך של מהירות מהירות פילאב 3 - המהירות המרבית הגיעה.
הבנת חיכוך היא קריטית בתכנון: הבלמים מסתמכים על חיכוך גבוה, בעוד המנועים ונושאות שואפים למזער אותו.המקדם של החיכוך משתנה באופן נרחב: גומי על בטון יבש ( ⁇ 0.7-1.0) לעומת פלדה שופעת ( ⁇ 0.05-0.1).
יישומים מעשיים של כוח מכני ותנועת
עקרונות הכוח והתנועה מחלחלים לכל היבט של טכנולוגיה וחיים יומיומיים. להלן הם תחומי מפתח שבהם המושגים האלה מתקיימים בפועל:
תחבורה
- (FLT:0)Carsibph:1: המנוע מייצר מומנט כדי להניע את הגלגלים, לייצר כוח חיכוך מצמיגים על הכביש כדי לדחוף את המכונית קדימה. Brakes מחיל חיכוך גלגלים כדי decelerate. Seatbelts ו תיקי אוויר להשתמש inertia כדי להגן על נוסעים במהלך עצירה פתאומית.
- (FLT:0) מטוסים אוויריים (FLT:1): מנועי Jet מייצרים דחף (כוח תגובה) להתגבר על גרר, בעוד כנפיים לייצר להרים באמצעות הבדלים בלחץ.
- (FLT:0)TrainsofLT:1: גלגלי פלדה על מסילות פלדה מקטינים חיכוך מתגלגל, ומאפשר נסיעות מהירות יעילה. מגנטית לנטיעת (maglev) רכבות להשתמש בכוחות מגנטיים למעלה ומניעה, חיסול חיכוך לחלוטין.
מכונות והנדסה
- (ב) [ה]: [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה],] [המטוסים הנוטה, הגדלים] את הכוחות כדי להקל על העבודה.
- (FLT:0)RoboticsFLT:1: נשק רובוטי משתמש במנועים (טורק), מפרקים וקישורים כדי ליישם כוחות מדויקים ותנועות כוח להבטיח שהם יכולים להחזיק חפצים מבלי למחוץ אותם.
- (FLT:0) הנדסה מבנית הנדסה (FLT:1): מבנים וגשרים חייבים לעמוד בפני כוחות כגון עומסי כבידה, רוח, רעידות אדמה. מהנדסים חישוב מתחים (כוח לאזור) ודבורים עיצוב, עמודות, וקרנות כדי למנוע כשלון.חומרים כמו פלדה ו בטון יש תכונות כוח ספציפיות.
ספורט וכיף
- (FLT:0)Projectile Motionph:1: A כדורסל יורה, זריקת ג'ובללין, ומופע גולף כרוך בשיגור חפץ בזווית אופטימלית (בדרך כלל 45 מעלות עבור טווח מקסימלי הזנחה של התנגדות אוויר).
- (FLT:0) חיכוך בספורטFLT:1: שחקני כדורגל משתמשים בקליפות כדי להגביר את החיכוך עם דשא; מגרשי בייסבול מסתמכים על חיכוך כדי לסובב את הכדור עבור כדורי מעוקלים.
- (FLT:0)Momentum ו- CollisionsFLT:1: בספורט כמו אגרוף או כדורגל, הבנה דחף (זמן × כוח) מסייע בתכנון ציוד מגן המרחיב את זמן ההשפעה כדי להפחית את הכוח על הגוף.
תוצאות חיפוש ו-Exitance
כוח מכני ותנועה אינם רק מושגי ספרי לימוד – הם הנהגים הבלתי נראים של העולם הפיזי שלנו.על ידי הבנת האופי הווקטורי של הכוחות, כמויות ה ⁇ , וחוקי ניוטון, אתה מקבל את היכולת לנתח מדוע אובייקטים מתנהגים כפי שהם עושים. פריצה, בעוד שלעיתים קרובות נראים כקצב, הוא כוח הכרחי המאפשר תנועה ושליטה.
כדי להעמיק את ההבנה שלך, לחקור את המשאבים האלה:
- (ב) שיעור הפיזיקה: חוקי ניוטון 1 בינואר) - מדריך אינטראקטיבי מעולה.
- (ב) אנציקלופדיה בריטניקה: MechanicsFLT:1 - סקירה יסודית של כוח ותנועה.
- (ב) .0MIT OpenCourseWare: קלאסי MechanicciosFLT:1 - חומרים ללא תשלום מ-MIT.
- האקדמיה: כוחות וחוקי ניוטון 1 (FLT:0) - שיעורי וידאו ובעיות תרגול.
המאסטר של היסודות האלה פותח את הדלת לנושאים מתקדמים כמו עבודה, אנרגיה, מומנטום ודינמיקה סיבובית, אשר כולם בונים על אותם רעיונות יסוד.התחל על ידי התבוננות בכוחות סביבך - כל דחיפה, משיכה, ותנועה היא שיעור בפיסיקה בפעולה.