기계 힘과 운동에 소개

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기계 힘은 무엇입니까?

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포스는 어디에나 있습니다: 튜그-의-하프 동안 로프의 긴장, 책, 지구의 그라피트의 그라피트의 정상적인 힘, 슬라이딩 박스를 느리게 마찰. 이러한 상호 작용을 분석하기 위해, 엔지니어와 물리학자는 종종 자유로운 몸 도표]를 고립시키고, 그에 행동하는 모든 힘을 보여줍니다, 이는 순 힘과 움직임을 계산하는 것이 중요하다.

기계 힘의 유형

기계적인 힘은 접촉 힘으로 넓게 분류되고 비 접촉한 힘은, 중요한 subtypes로 각각 분류됩니다:

  • 문의 힘: 두 객체가 물리적으로 접촉할 때 Occur. 주요 예는 다음과 같습니다:
    • ]일반적인 힘:] 표면에 의해 배설되는 수직 지원 힘. 예를 들어, 테이블에 책은 상향적 인 힘 균형 중력을 경험합니다.
    • Friction: 접촉, 반대 모션 (또는 임파 모션)에 표면에 저항력 작동. 우리는 세부 사항에서 마찰을 논의 할 것입니다.
    • Tension: 문자열, 케이블, 또는 체인을 통해 전송되는 당기는 힘은 기지개할 때.
    • Applied Force: 카트를 밀어서, 사람이나 기계에 의해 모든 deliberate push 또는 Pull.
    • 봄 힘: 압축 또는 뻗은 봄에 의해 배부되는 회복력, 진지변환에 비례 (호크의 법).
  • Non-contact Forces:]] 직접 접촉 없이 거리에서 동작합니다. 일반적인 유형은 다음과 같습니다:
    • ]Gravity:] 어떤 두 개의 질량 사이의 매력적인 힘. 지구에서, 그것은 개체 무게를 제공 (W = mg, 어디 g ≈ 9.81 m/s2).
    • Magnetic Forces: 자석 사이 또는 자석과 페로 자석 재료 사이 매력 또는 재현.
    • 전자전력: 전기료 사이 강제, 반대 요금과 같은 충전 사이의 매력과 같은 충전.

이러한 힘의 상호 작용을 이해하는 것은 모션 또는 구조적 무결성을 예측하는 데 중요합니다. 예를 들어, 엘리베이터 이동 상향은 케이블, 바닥에 정상 힘, 중력에 대한 긴장을 포함합니다. - 동시에 모든 행동.

모션 이해

모션은 시간 이상 참조 프레임과 관련된 객체의 위치의 변화입니다. 우리는 종종 "속도"또는 "운동,"물리가 정확한 정의를 요구합니다 : 변위, 속도 및 가속. 이 벡터 수량은 크기뿐만 아니라 방향을 나타내지 만, 모션 분석을 지오미터 및 수학 모두합니다.

진지변환, 속도 및 가속도

  • Displacement: 방향을 포함하여 출발점에서 직선 거리. 예를 들어, 북쪽으로 5m 북쪽으로 3m 북쪽으로 약 5.83m 북동쪽의 변위에 동쪽으로 걷기. 이 거리와는 달리, 총 경로가 여행 (8m)을 합칩니다.
  • Velocity: 변위의 변화의 비율. 평균 각측정속도 = 변위 ÷ 시간. 즉, 각측정속도는 특정 순간에 각측정속도입니다. 속도는 각측정속도의 규모입니다. 60km/h에 북을 여행하는 자동차는 60km/h 북의 각측정속도가 있습니다.
  • Acceleration: 시간이 지남에 따라 각측정속도가 변경됩니다. 이 속도는 속도가 낮아지고, 느려지고, 또는 방향을 변경합니다. 예를 들어, 차는 방향이 변경되기 때문에, 일정한 속도로 모서리를 돌리며 가속합니다. 가속 = (최종 속도 - 초기 속도) ÷ 시간, m/s2의 SI 단위.

이들을 시각화하려면 그래프를 고려하십시오. 위치 시간 그래프의 사면은 각측정속도를 제공합니다. 각측정속도 그래프의 사면은 가속을 제공합니다. 각측정속도 그래프의 동등점에 따라 영역은 변위가 동일합니다. 이 관계는 kinematics의 기초이며, 상대력과 관련하여 모션의 연구입니다.

모션의 종류

모션은 경로와 constancy에 의해 분류 될 수 있습니다:

  • 라인 모션: 직선 트랙에 기차와 같은 직선을 따라 이동. 그것은 균일 한 (일정한 속도) 또는 비 균류 ( 가속) 수 있습니다.
  • Rotational Motion: 축 주변의 이동, 휠 회전 또는 지구 회전과 같은. 각도 변위, 각도 각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각각
  • Periodic Motion: 봄에 펜듀 또는 질량과 같은 반복적인 모션 뒤와 그 후. (간단한 조화 모션).
  • Projectile Motion: 중력, 예, 농구 샷의 두 가지 차원 모션. 수평 구성 요소는 일정 (공기 저항)이며 수직 모션은 다운을 가속화합니다.

뉴턴의 모션 법

뉴턴의 세 법은 고전 기계의 코너스톤입니다. 그들은 결과 모션에 힘을 넓히는 프레임 워크를 제공합니다. 각 법은 무수한 실험에 의해 지원되며 오늘날 대부분의 엔지니어링 응용 프로그램에 사용됩니다 (재난 또는 양자 효과 도미트 제외).

첫 번째 법 : 관성 법

"휴식에서 개체는 나머지에 머물며, 모션의 목적은 순 외부 힘으로 행동하지 않는 한 일정한 속도로 동작한다." 이 법은 ]inertia]의 개념을 소개합니다. - 모션의 상태에 영향을 미치는 객체의 추세. Inertia는 질량에 직접 비례합니다. 예를 들어, 무거운 트럭은 당신이 원동력에 도달하거나 정지하는 것보다 훨씬 더 많은 힘을 필요로합니다. 이 는 당신이 원동력에 도달하기 때문에, 당신이 원동력에 대한 당신의 브레이크를 계속하기 때문에, 당신은 당신이 원동력에 도달 할 때, 당신이 원동력에 도달 할 때.

두 번째 법 : F = ma

"물론의 가속은 직접 그물 힘에 비례하고 질량에 비례합니다." Mathematically : [[FLT :0]] F net = m × a[[FLT :1]], F net는 모든 힘의 벡터 정상, m은 질량이며, 결과 가속입니다. 이 법은 어떻게 운동에 영향을 줄 수 있는지 확인합니다. 예를 들어, 20 N의 힘 (분리)이있는 10kg 상자를 밀어 넣으면 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 3 / 3 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 / 4 /

셋째 법 : 행동 및 반응

"모든 행동에 대해 동등하고 반대 반응이 있습니다." 이것은 항상 쌍에 온다. 당신은 벽에 밀어 때, 벽은 동일한 규모로 당신을 밀어. 당신은 지상에 마찰을 경고하지 않도록 바닥을 경고하지 않습니다. 로켓은 가스를 파괴 (작동), 가스는 로켓 상승 (작동)을 밀어. 당신은 바닥에 다시 밀어, 동안, 당신은 서로 다른 행동을 해제하고, 다른 행동을 해제합니다. 그들은 직접적으로 다른 행동을 중단하지 않습니다.

이 세 가지 법은 함께 힘과 부베에서 모션을 예측 할 수 있습니다. 복잡한 시스템을 위해 엔지니어는 자동차 충돌에서 위성 궤도에 이르기까지 모든 것을 모델링하는 시뮬레이션을 사용합니다.

어떻게 힘 Affects 동의

힘은 가속의 원인이지만 관계는 항상 동시에 행동하는 여러 힘 때문에 항상 straightforward입니다. net force]는 모든 힘의 벡터 합입니다. 그물 힘이 0이라면, 나머지는 나머지에 남아 있거나 일정한 속도 (Newton의 첫 번째 법)에서 계속 이동하십시오. 순 힘이 비제로 인 경우, 객체는 순 힘의 방향에서 가속합니다. 마찰은 가장 일반적인 힘 중 하나입니다. 따라서 우리는 깊이를 검사하므로 깊이를 검사합니다.

마찰: 저항하는 힘

마찰은 표면 사이 현미경 상호 작용에서 발생한다. 그것은 항상 모션 (또는 임베디드 모션)의 방향으로 반대한다. 마찰은 필수적이다 - 그것없이, 당신은 걸어 갈 수 없었다, 펜과 쓰기, 또는 자동차를 운전. 그러나 그것은 또한 열으로 에너지 손실을 발생. 마찰의 규모는 표면의 자연에 따라 달라지고, 마찰 계수 (μ)에 의해 설명 된 정상 힘.

  • Static Friction (μ]s]]]]]: 이동하기 시작부터 객체를 방지하는 힘. 그것은 최대 값으로 0에서 변화, μ]s × N. 당신은 동의에 객체를 설정하기 위해 정적 마찰을 극복해야합니다. 예를 들어, 무거운 크레이트를 밀어 : 최대의 마찰을 초과 할 때까지 최대의 비판을 초과하지 않습니다.
  • Kinetic Friction (μ]k]]]]]]: 객체가 이미 슬라이딩될 때 강제 반대 모션. 그것은 일반적으로 최대 정적 마찰 (μ]k] < μ]]), 이는 왜곡이 정상적인 마찰을 유지하기 위해 더 쉽게 설명하는 것. ]]]]).
  • Rolling Friction: 표면의 물체가 마찰보다 훨씬 낮게 구르면 발생하는 저항. 이것은 왜 볼 베어링과 휠이 효율적입니다.
  • 에어 저항 (Drag): 속도, 표면, 모양에 따라 유체 마찰의 종류. 하락 개체를 위해, 그 중력 균형까지 증가, terminal 각측정속도] – 상수한 최대 속도 도달. Skydivers 경험 이 때 그들은 가속을 중지.

마찰을 이해하는 것은 디자인에서 중요합니다: 엔진과 방위가 그것을 극소화하는 동안 높은 마찰에, 브레이크는 의지합니다. 마찰의 계수는 넓게 변화합니다: 건조한 콘크리트 (μ≈0.7-1.0)에 고무는 윤활성 강철 (μ0.05-0.1)를 versus.

기계 힘과 운동의 실제적인 신청

힘과 모션의 원칙은 기술 및 일상 생활의 모든 측면을 침투합니다. 아래는 이러한 개념이 연습에 넣어있는 핵심 영역입니다.

의정부

  • 자동차: 엔진은 자동차의 앞을 추진하는 도로에 타이어에서 마찰력을 생성하는 바퀴를 구동하기 위해 토크를 생산한다. 브레이크는 바퀴에 마찰을 적용하여 갑작스런 정지 동안 승객을 보호하기 위해.
  • Airplanes: Jet Engine produce Thrust (a 반응 force) to poll drag, 날개는 압력 차이를 통해 리프트를 생성합니다. Pitch, roll, yaw는 제어 표면의 힘으로 변조하여 제어됩니다.
  • Trains: 강철 가로장에 강철 바퀴는 마찰을 극소화하고, 능률적인 고속 여행을 허용하. 자석 levitation (maglev) 기차는 상승과 추진을 위한 자석 힘을 이용합니다, 마찰을 전적으로 제거하십시오.

기계 및 공학

  • Simple Machines: 레버, 폴리, 경사면을 확대하여 작업이 쉽게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 레버는 힘 (Archimedes' 원리)에 대한 거래 거리로 적용된 힘을 다합니다.
  • Robotics: 로봇 팔 사용 모터 (torque), 관절, 및 정확한 힘과 모션을 적용하는 결합. 힘 감지기 그들은 그들을 분쇄하지 않고 개체를 그립 수 있습니다.
  • Structural Engineering: 건물과 교량은 gravitational 짐, 바람, 지진과 같은 힘을 견딜 수 있어야 합니다. 엔지니어는 응력(지역 당 힘)과 디자인 빔, 열, 및 실패를 피하기 위해 기초를 계산합니다. 강철과 콘크리트와 같은 재료는 특정 강도 특성을 가지고 있습니다.

스포츠 및 레크리에이션

  • Projectile Motion: 농구 샷, 자벨리 던짐, 골프 스윙 모두 최적의 각도에서 객체를 발사 (일반적으로 최대 범위의 공기 저항에 대한 45 °). 트레포리는 중력 때문에 패러글입니다.
  • 스포츠의 마찰: 축구 선수는 잔디로 마찰을 증가시키기 위하여 경적을 이용합니다; 야구 투수는 곡선볼을 위한 공을 회전시키기 위하여 마찰에 의존합니다. 파도를 물 표면을 따라 탈 것이다 힘 사용하십시오.
  • Momentum and Collisions: boxing 또는 Football와 같은 스포츠에서 impulse (force × time)는 신체에 힘을 줄이기 위해 충격 시간을 연장하는 보호 장치 설계에 도움이.

요약 및 더 많은 탐험

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이해를 깊게 깊숙히 하기 위해, 이러한 리소스를 탐구:

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