機械力および動きの紹介

機械的力と運動は、物理と工学の岩盤です。, ペンデュラムのスイングからロケットの打ち上げに至るまで、すべてに準拠しています。. あなたは橋を設計しているかどうか, 車のエンジンをトラブルシューティング, または単にキック時にボールが移動する方法を理解するか, これらの概念は不可欠です. この記事では、機械的力と運動の基本的な原則を拡大します, 学生のための詳細なまだアクセス可能な概要を提供します, 趣味者, そして、専門家のように. 私たちは、自然の力を探ります, 実質的な動きのマクロン, 我々の生活法, 新しい地球上の応用, 我々の生活.

メカニカルフォースとは?

最も単純な用語では、機械的力は、オブジェクトに別のオブジェクトとの相互作用の結果として押しまたは引き抜かれます。 力は、オブジェクトを加速、減速、方向を変え、または変形させる可能性があります。 彼らは[]ベクトルの量[]]であり、それらは両方のマグニチュード(プッシュまたはプルが強い)と方向を所有しています。 力のためのSIユニットは、]の[FLT]の[FLT]]の]の[FLT:]]の1を強制的に計算します。 質量は、この1平方メートルで、または、または1平方メートルを強制的に計算します。

力はどこでもあります: 房状の戦争の間にロープの張力、本を支えるテーブルからの正常な力、地球の重力、そして滑走箱を遅くする摩擦。 これらの相互作用を分析するために、エンジニアおよび物理学者は頻繁に[]]を自由にボディ図を]]を引いて、オブジェクトを隔離し、それに作用するすべての力を示します、それは網を計算し、そして力および動きを活動させるために重要である。

機械的力の種類

機械力は、接触力と非接触力に広く分類され、それぞれ重要なサブタイプ:

  • コンタクトフォース:]2つのオブジェクトが物理的に触れると、発生します。 主な例:
      ]]
    • ]]ノーマルフォース:[[])表面によって排泄される垂直サポート力。 例えば、テーブル上の書籍は上向きの通常の強制バランス重力を体験します。
    • 摩擦:]]] 接触、反対の動き(または動きを損なう)の表面に平行に作用する抵抗力。私達は後で摩擦を論議します。
    • [ 張力:]]] 文字列、ケーブル、またはチェーンをストレッチするときに伝達する力。
    • 適用力:]]] 任意の非審議プッシュまたは人や機械によって引き、カートを押すなど。
    • ばね力:]] 圧縮されたか、または延伸されたばね、変位(Hooke's Law)に比例した回復力。
  • [非接触力:[]]直接触なしで距離で行動する。 一般的なタイプは次のとおりです。
      ]
    • ]] 重力:[[]]]] 任意の2つの質量間の魅力的な力。 地球上で、それはオブジェクトの体重(W = mg、g ≈ 9.81 m/s2)を与えます。
    • 磁気力:]]磁石と磁性材料の間のまたは反発。
    • 静電力:]]] 対価間の引き込みや逆引きの引き込みなどの電荷間の強制力。

これらの力の相互作用を理解することは、運動や構造的完全性を予測するために不可欠です。例えば、エレベーターが上向きに動くことは、ケーブル、床の正常な力、および重力に緊張を伴います。

動きを理解する

動きは、オブジェクトの位置を時間をかけて参照フレームに相対的に変化します。私たちはしばしば「速度」や「移動」などの日常的な言葉を使う一方で、物理は正確な定義を必要とします:変位、速度、加速。これらのベクトルの量は、倍率だけでなく、方向を示すだけでなく、幾何学的および数学的の両方の運動分析を行います。

変位、速度、加速

  • Displacement]: 開始点から終点までの直線距離、方向を含む。例えば、北5メートルの北東の約5.83メートルの東の変位で東の結果を歩く。これは距離とは異なる、合計パスは旅行 (8メートル)。
  • Velocity:変位率。平均速度=変位÷時間。瞬間速度は、任意の特定の瞬間の速度です。速度は速度の倍率です - スカラー。60 km / hで北を旅行する車は、60 km / hの北の速度を持っています。
  • [:速度]:速度が時間とともに変化する速度。 これには、速度を上げ、減速、または方向を変更します。 例えば、方向が変化するため、一定速度で角を回す車が加速されます。 加速 = (最終的な速度 - 初期速度) ÷時間、m / s2のSI単位で。

これらを視覚化するために、グラフを考慮してください。ポジションタイムグラフのスロープは速度を与えます。速度タイムグラフのスロープは加速を与えます。速度時間のグラフの下にある領域は変位を等しくします。これらの関係は、運動の基礎であり、力に関しても運動の検討です。

モーションの種類

動きは、そのパスとコンスティシースによって分類することができます。

  • リニアモーション:直線の直線に沿っての移動、直線的なトラック上の電車など。それは均一(一定速度)または非均一(加速)することができます。
  • :回転運動:車輪の回転か地球の回転のような軸のまわりの移動。角度の変位、角度の速度および角度の加速によって記述される。
  • Periodic Motion]: 繰り返し動作を戻し、春にペンデュラムや質量(単純な調和運動)など。
  • : プロジェクターモーション:重力下2次元運動、例えばバスケットボールショット。 水平コンポーネントは定数(空気抵抗を無視)、垂直運動は下方に加速します。

ニュートンの行動規範

ニュートンの3つの法律は、古典的な機械の礎です。彼らは、結果の動きに力を供給するためのフレームワークを提供します。各法律は、無数の実験でサポートされています。そして、ほとんどのエンジニアリングアプリケーション(相対性または量子効果が支配する場所を除く)のために、今日はまだ使用されます。

第一次法:慣性法

「残りのオブジェクトは、ネットの外部力によって演技されない限り、一定の速度で動き続ける動きのオブジェクト。」この法律は、()の概念をinertia - 動きの状態の変化に抵抗するオブジェクトの傾向を提示します。慣性は、質量に直接比例しています。より大きなオブジェクトはより大きな慣性を持っています。例えば、重いトラックは、あなたがブレーキを移動させるために、より加速するか、または停止するためにはるかに多くの力を必要とします。

第2法:F = ma

「オブジェクトの加速は、その上で動作し、その質量に比例する正当比例する正当比比例する」。 数学的に: F net = m × a]]、F netは、すべての力、m のベクトル合計であり、その結果、加速される。 この法律は、力が運動に影響を与える方法を示します。 例えば、Naccel2 の強制力で10 kgをプッシュすると、F netは、同じ構造体を強制的に計算する。 同じ構造体は、F2 の負荷を強制する。

第3次法:行動と反応

「すべての行動のために、等しく反対の反応があります。」これは、常に対で来る力を意味します。あなたが壁に押し込むと、壁は同じ大きさであなたに戻ってきます。地面があなたに固定を保つために摩擦をも与えているので、あなたは移動しません。ロケットは、ガスを下方に(action)排出することによって働き、ガスはロケットを上方に押します(反応)。地面に対して後方に押しするあなたの足に歩く反復は、地面を直接押すと、彼らは互いに異なる行動を解除しない、別の行動を強制的に、別の行動を解除します。

これら3つの法律は、力とその逆からの動きを予測することができます。複雑なシステムでは、エンジニアは、車のクラッシュから衛星軌道まで、あらゆるものをモデル化するためにシミュレーションを使用します。

力は動きに影響を与えます

力は加速の原因ですが、同時に複数の力が作用するため、関係は常に直面していません。 []]]ネットフォース]は、すべての力のベクトル合計です。 正当な力がゼロであれば、オブジェクトは残りの部分に残っているか、一定速度で移動し続ける(ニュートンの第一法)。 正当性がない場合、オブジェクトはネットフォースの方向に加速します。 摩擦は、私たちが動作するほとんどの一般的な力の1つです。

摩擦:抵抗力

摩擦は表面間の微小な相互作用から生じる。それは動き(または動きを損なう)方向に対抗する常に機能します。摩擦は不可欠です。それなしで、あなたは歩くことができませんでしたり、ペンで書きましたり、車を運転しました。しかし、それはまた熱としてエネルギー損失を引き起こします。摩擦の大きさは表面と摩擦係数(μ)によって説明されるそれらを一緒に押す正常な力の性質に依存します。

  • 静的摩擦(μ]]]s[]]]): オブジェクトが移動し始めるのを防ぐ力。 値までゼロから変化し、μ[s[]×N. 静的摩擦を克服して、オブジェクトを移動させる必要があります。 例えば、重なるクレートを押します: 最大限の力が、 気管がけないまで、 気管は、 けがけない。
  • ]運動摩擦(μk]]):オブジェクトが既にスライドしているときの力反対の動き。 これは、一般的に、最大静的摩擦(μ[k[]]]s[]])よりも少ない、それが通常、それが[FLT = [FLT:]を移動するよりも移動する方が簡単ですなぜ、[FLT]が[FLT:[F]が、N]が、[FLT:[F]は、[F]は、[F]は、[F]は、[FLTは、[F]は、[F]は、[FLTは、[F]は、[F]は、[F]は、[F]は、[FLTは、[F]は、[F]は、[FLTは、[F]は、[F]は、[[[[F]は、[F]は、[FLTは、[F]は、[FLT
  • ]: 摩擦を滑らせるよりもはるかに低い、オブジェクトが表面の上にロールするときに遭遇する抵抗をロールする。 これは、ボールベアリングとホイールが効率的な理由です。
  • []空気抵抗(ドラッグ)[:速度、表面領域、形状に依存する流体摩擦の一種。落下物の場合、重力のバランスをとるまでドラッグアップし、[]末端速度[] - 一定の最高速度に達した。スカイダイバーは、加速を停止したときにこれを体験します。

摩擦を理解することは設計に重要です:ブレーキは高い摩擦に依存しますが、エンジンとベアリングはそれを最小限に抑えることを目指しています。摩擦係数は広く変化します。ドライコンクリート(μ≈0.7-1.0)対潤滑鋼(μ≈0.05-0.1)のゴム。

機械的力と運動の実用的応用

力と運動の原則は、テクノロジーと日常生活のあらゆる側面を浸透させます。 以下は、これらの概念が実践に置く重要な領域です。

交通アクセス

  • Cars]:エンジンは、車が前進する道路上のタイヤから摩擦力を発生させるトルクを生成します。ブレーキは、車輪に摩擦を適用して、減速します。シートベルトとエアバッグは、突然停止中に乗客を保護するために慣性を使用しています。
  • :飛行機]:ジェットエンジンは、翼が圧力差でリフトを発生させる間、ドラッグを克服するために推力(反応力)を生成します。 ピッチ、ロール、およびヤウは、制御面の力を変更することによって制御されます。
  • Trains]]:鋼線上のスチールホイールは、効率的な高速旅行を可能にする、圧延摩擦を最小限に抑えます。 磁気浮力(Maglev)列車は、リフトと推進のために磁気力を使用し、完全に摩擦を排除します。

機械類および工学

  • : 単純マシン: リーバー、プーリー、傾斜平面は、作業をより簡単にするために力を倍増します。例えば、レバーは、力(Archimedesの原則)のための取引距離によって、適用された力を乗じます。
  • [ロボティクス]:ロボットアームは、精密な力と運動を適用するためにモーター(トルク)、ジョイント、およびリンクを使用する。 フォースセンサーは、それらをクラッシュすることなくオブジェクトをグリップすることができます。
  • ストラクチャーエンジニアリング:建物と橋は、重力負荷、風力、地震などの力に耐える必要があります。 エンジニアは、応力(面積当たりの力)と設計ビーム、コラムを計算し、障害を回避するための基礎を計算します。 鋼やコンクリートなどの材料は、特定の強度特性を持っています。

スポーツ・レクリエーション

  • Projectile Motion:バスケットボールショット、ジャベリンスロー、ゴルフスイングはすべて、最適な角度でオブジェクトを起動することを含みます(通常、45°の範囲が空気抵抗を無視する)。 軌跡は重力によるパラボリックです。
  • スポーツの摩擦]]:サッカー選手は、草と摩擦を高めるためにクレアを使用します。野球の投球者は、ボールを回すために摩擦に依存しています。 サーファーは、波の力を使用して水面に沿って乗ります。
  • [モーメンタルとコリジョン:ボクシングやサッカーのようなスポーツでは、インパルス(強制×時間)は、体に力を減らすために衝撃時間を拡張する保護ギアの設計に役立ちます。

概要とさらなる調査

機械的力と運動は単なる教科書の概念ではありません。彼らは私たちの物理的な世界の目に見えないドライバです。 力、キネマティックスの量、ニュートンの法律を理解することによって、オブジェクトがなぜ彼らが行うかを分析する能力を得ることができます。 摩擦、しばしばニュアンスとして見られる間、運動と制御を可能にする必要な力です。 輸送から建設からスポーツまで、これらの原則は、問題の革新と解決に毎日適用されます。

理解を深めるために、これらのリソースを探索してください。

これらの基本をマスターすると、ドアがワーク、エネルギー、運動量、回転力などの高度なトピックに開き、同じ基礎的なアイデアに基づいて構築されます。 あなたの周りに力を守ることから始めます。すべてのプッシュ、プル、およびモーションは、作用中の物理学のレッスンです。