Механикалык күч жана кыймыл менен тааныштыруу

Механикалык күч жана кыймыл физиканын жана инженердиктин негизи болуп саналат, ал маятниктин кыймылдашынан баштап ракетаны учурууга чейин баарын башкарат. көпүрөнү долбоорлогондо, автоунаа кыймылдаткычын кыйынчылык менен күрөшүүдө же жөн гана топту тепкилеп жатканда кантип кыймылдатып жатканын түшүнүүдө, бул түшүнүктөр абдан маанилүү. Бул макалада механикалык күч жана кыймылдын негизги принциптери кеңири талкууланат, студенттер, хоббиисттер жана адистер үчүн кеңири, бирок жеткиликтүү жалпы маалымат берилет.

Механикалык күч деген эмне?

Механикалык күч - бул башка объект менен өз ара аракеттенүүнүн натыйжасында объектке жасалган түрткү же тартылуу.Күчтөр объектти ылдамдатууга, басаңдатууга, багытты өзгөртүүгө же деформациялоого алып келиши мүмкүн. Алар вектордук сандар , башкача айтканда, алар чоңдукка (күчтүн же тартылуунун канчалык күчтүү) жана багытка ээ.Күч үчүн SI бирдиги Ньютон (N) , бул 17-кылымдагы классикалык түшүнүк үчүн бир километрдик массаны тездетүү үчүн талап кылынган күч катары аныкталат.

Күчтөр бардык жерде: согуш учурундагы аркандагы чыңалуу, китепти колдогон столдун кадимки күчү, Жердин гравитациялык тартылышы жана жылмакай кутучаны жайлаткан сүрүлүү. бул өз ара аракеттенүүлөрдү талдоо үчүн инженерлер жана физиктер көбүнчө объектини изоляциялаган жана ага таасир эткен бардык күчтөрдү көрсөткөн [FLT: 1] эркин дене диаграммаларын тартышат.

Механикалык күчтөрдүн түрлөрү

Механикалык күчтөр көбүнчө байланыш күчтөрү жана байланыш эмес күчтөргө бөлүнөт, алардын ар бири маанилүү субтиптерге ээ:

  • Контакттык күчтөр: Эки объект физикалык жактан тийгенде пайда болот. Негизги мисалдарга төмөнкүлөр кирет:
    • [Norrmal Force: ] Жер бетинин перпендикулярдык колдоо күчү. Мисалы, үстөлдөгү китеп жогору карай нормалдуу күчтү тең салмакташтырат.
    • Friction: Контакттагы беттерге параллель таасир этүүчү каршылык күчү, кыймылга каршы (же жакындап келаткан кыймылга) Биз кийинчерээк сүрүлүүнү кененирээк талкуулайбыз.
    • Тысым: Сызык, кабел же чынжыр аркылуу берилген тартылуу күчү созулуп жатканда.
    • Колдонулган күч: Адам же машина тарабынан атайылап түртүп же тартып, мисалы, арабаны түртүп.
    • Жазгы күч: кысылган же узартылган пружинанын калыбына келтирүү күчү, кыймылга пропорционалдуу (Хуктун мыйзамы).
  • Байланышсыз күчтөр: Түздөн-түз байланышсыз алыстан иш алып барышат. Жалпы түрлөргө төмөнкүлөр кирет:
    • Гравитация: Жерде, ал объектилерге салмакты берет (W = mg, анда g < 9,81 m/s2).
    • Магниттик күчтөр: Магниттик материалдардын же магнит менен ферромагниттик материалдардын ортосундагы тартылуу же четке кагуу.
    • Электростатикалык күчтөр: электр заряддарынын ортосундагы күчтөр, мисалы, карама-каршы заряддардын ортосундагы тартылуу же окшош заряддардын ортосундагы четке кагуу.

Бул күчтөрдүн өз ара аракеттенүүсүн түшүнүү кыймылды же структуралык бүтүндүктү божомолдоо үчүн өтө маанилүү. Мисалы, лифттин жогору көтөрүлүшү кабелдердин чыңалуусун, полдун нормалдуу күчүн жана гравитацияны камтыйт - бардыгы бир эле учурда иштейт.

Кыймыл-аракетти түшүнүү

"Кыймыл - бул объектинин убакыттын өтүшү менен эталондук алкакка салыштырмалуу абалынын өзгөрүшү.Биз көбүнчө ""тездик"" же ""көчүү"" сыяктуу күнүмдүк сөздөрдү колдонсок да, физика так аныктамаларды талап кылат: кыймыл, ылдамдык жана ылдамдык. бул вектордук сандар чоңдукту гана эмес, багытты да көрсөтөт, кыймыл анализин геометриялык жана математикалык кылат."

Көчүрүү, ылдамдык жана ылдамдык

  • : баштапкы чекиттен акыркы чекитке чейинки түз сызык аралык, анын ичинде багыт. мисалы, түндүктү 5 метр, чыгышты 3 метр басып өтүү түндүк-чыгышка 5,83 метрге жакын кыймылга алып келет.
  • Ылдамдык : Кыймылдын өзгөрүү ылдамдыгы. Орточо ылдамдык = кыймыл убакыт. Бир заматта ылдамдык - бул каалаган конкреттүү учурдагы ылдамдык. Ылдамдык - ылдамдыктын чоңдугу скалярдык. 60 км/ч түндүктө саякаттаган унаанын ылдамдыгы 60 км/ч түндүктө.
  • Тездетүү : Убакыттын өтүшү менен ылдамдыктын өзгөрүшү ылдамдыгы. Бул ылдамдыкты жогорулатууну, жайлоону же багытты өзгөртүүнү камтыйт. Мисалы, бурчту туруктуу ылдамдыкта айлантуу ылдамдайт, анткени анын багыты өзгөрөт.

Бул графикти визуалдаштыруу үчүн, графикти карап көрүңүз: позиция-убакыт графикинин ылдыйкы бөлүгү ылдамдыкты берет; ылдамдык-убакыт графикинин ылдыйкы бөлүгү ылдамдыкты берет. ылдамдык-убакыт графикинин астындагы аянт кыймылга барабар.

Кыймылдын түрлөрү

Кыймылды анын жолу жана туруктуулугу боюнча классификациялоого болот:

  • Линейдик кыймыл : түз сызык боюнча кыймыл, мисалы, түз жолдогу поезд. Ал бирдей (уламдуу ылдамдык) же бирдей эмес (тездетилген).
  • Ротациялык кыймыл : дөңгөлөктүн айлануусу же Жердин айлануусу сыяктуу огунун айланасындагы кыймыл. бурчтук кыймыл, бурчтук ылдамдык жана бурчтук ылдамдык менен сүрөттөлөт.
  • Периоддук кыймыл : Кайра-кайра кыймыл, мисалы, маятник же пружинадагы масса (жөнөкөй гармониялык кыймыл).
  • Долбоордук кыймыл : гравитация астында эки өлчөмдүү кыймыл, мисалы, баскетбол соккусу. Горизонталдык компонент туруктуу (аба каршылыгын эске албаганда), ал эми вертикалдык кыймыл ылдый карай ылдамдайт.

Ньютондун кыймыл-аракет мыйзамдары

Ньютондун үч мыйзамы классикалык механиканын пайдубалы болуп саналат. Алар күчтөрдү натыйжада кыймылга байланыштыруу үчүн алкакты камсыз кылат. Ар бир мыйзам сансыз эксперименттер менен колдоого алынат жана бүгүнкү күндө дагы деле көпчүлүк инженердик колдонмолор үчүн колдонулат (релятивдүүлүк же кванттык эффекттер үстөмдүк кылган жерлерден башка).

Биринчи мыйзам: Инерция мыйзамы

"Эгерде сиз ""инерция"" деген түшүнүктү киргизбесеңиз, анда сиз ""инерция"" деген түшүнүктү киргизиңиз, анткени сиз сырткы ылдамдыкты азайтуу үчүн, денеңизди кыймылдатып, ылдамдыкты азайтуу үчүн, денеңизди кыймылдатып, ылдамдыкты азайтуу үчүн, денеңизди кыймылдатып, ылдамдыкты азайтуу үчүн, денеңизди кыймылдатып, ылдамдыкты азайтуу үчүн, денеңизди кыймылдатып, ылдамдыкты азайтуу үчүн, денеңизди кыймылдатып, ылдамдыкты азайтуу үчүн."

Экинчи мыйзам: F = ma

"Адамдын ылдамдыгы анын массасына тескери пропорционалдуу жана анын кыймылынын ылдамдыгына түздөн-түз пропорционалдуу. "" (FLT: 0) F net = m × a [FLT: 1], F net бардык күчтөрдүн вектордук суммасы, m - масса жана a - натыйжада пайда болгон ылдамдык. Бул мыйзам кыймылга күчтөрдүн кандай таасир этерин сандык жактан аныктайт. мисалы, эгерде сиз 20 N күч менен 10 кг кутучаны түртүп койсоңуз (фракцияны эске албаганда), ылдамдык 2 м/с. 20 кг кутучаларга колдонулган ошол эле күч 20 кг кутучаларга гана берет.

Үчүнчү мыйзам: Иш-аракет жана реакция

"Бул ар бир иш-аракет үчүн бирдей жана карама-каршы реакция болот дегенди билдирет. бул күч ар дайым жуп-жуп келет. дубалга түрткөндө, дубал сизге бирдей өлчөмдө түртөт. жер сизди кыймылсыз кармап туруу үчүн сүрүлүүнү пайда кылгандыктан, кыймылдабайсыз. ракета газды ылдый түртүп иштейт (аракет), газ ракетаны жогору түртөт (реакция). жөө басуу сиздин бутуңузду жерге түртүп, ал эми жер сизди алдыга түртөт. маанилүү, иш-аракет-аракет жуптары ар кандай объектилерге таасир этет, ошондуктан алар бири-бирин түздөн-түз жокко чыгарбайт. """

Бул үч мыйзам биргелешип бизге күчтөрдүн кыймылын алдын ала айтууга мүмкүндүк берет жана тескерисинче. татаал системалар үчүн инженерлер аларды симуляцияда колдонушат, автоунаа кырсыктарынан баштап спутник орбиталарына чейин.

Күчтүн кыймылга кандай таасир этери

Күч - бул ылдамдыктын себеби, бирок байланыш бир эле учурда иштеген бир нече күчтөрдүн натыйжасында дайыма эле жөнөкөй боло бербейт. таза күч бардык күчтөрдүн вектордук суммасы; эгерде таза күч нөл болсо, анда объект же эс алууда калат же туруктуу ылдамдыкта кыймылдай берет (Ньютондун биринчи мыйзамы).

Фракция: каршылык көрсөтүү күчү

Фрикция ар дайым кыймылдын багытына (же жакындап келаткан кыймылга) карама-каршы иштейт. Фрикция маанилүү алсыз сиз басып, калем менен жаза албайсыз же унаа айдай албайсыз. бирок ал ошондой эле жылуулук катары энергияны жоготууга алып келет. сүрүлүүнүн көлөмү беттердин мүнөзүнө жана аларды бири-бирине кысып турган кадимки күчкө көз каранды.

  • Статикалык сүрүлүү (μs : объектинин кыймылдашына тоскоолдук кылган күч. Ал нөлдөн максималдуу мааниге чейин өзгөрөт, μs x N. Сиз объектти кыймылга келтирүү үчүн статикалык сүрүлүүнү жеңүүңүз керек. Мисалы, оор сандыкты түртүп: колдонулган күч максималдуу статикалык сүрүлүүдөн ашып кетмейинче, сандык ийилип кетпейт.
  • Kinetic Friction (μ K] : Объект буга чейин жылмайып турганда кыймылга каршы күч. Бул, адатта, максималдуу статикалык сүрүлүүдөн аз (μk < μ ), бул кутучаны кыймылдатуудан көрө кыймылдатуунун эмне үчүн оңой экендигин түшүндүрөт. Kinetic сүрүлүү = μ8 < μ [
  • Rolling Friction : Бир объекттин бети жылмаюудан кыйла төмөн, жылмакай сүрүлүүдөн алда канча төмөн болгондо пайда болгон каршылык.
  • Аба каршылыгы (Drag) : ылдамдыкка, бетинин аянтына жана формасына көз каранды болгон суюктуктун сүрүлүшүнүн бир түрү.Кыйраган объектилер үчүн тартылуу күчүн тең салмакташтырганга чейин сүйрөө көбөйөт, натыйжада терминалдык ылдамдык туруктуу максималдуу ылдамдык. Асманда сүзүүчүлөр муну ылдамдыкты токтоткондо сезишет.

Тормоздор жогорку сүрүлүүгө таянат, ал эми кыймылдаткычтар жана подшипниктер аны минималдаштырууга багытталган. сүрүлүү коэффициенти ар кандай: кургак бетондогу резина (μ <0.7-1.0) жана майланган болот (μ <0.5.1).

Механикалык күчтүн жана кыймылдын практикалык колдонулушу

Күч жана кыймыл принциптери технологиянын жана күнүмдүк жашоонун бардык аспектилерине таасир этет.

Транспорт

  • Автоунаалар : Мотор дөңгөлөктөрдү айдоо үчүн крутящий момент өндүрөт, унааны алдыга жылдыруу үчүн жолдогу дөңгөлөктөрдөн сүрүлүү күчүн пайда кылат. тормоздор дөңгөлөктөргө сүрүлүүнү жумшашат.
  • Учактар : Жет кыймылдаткычтары каршылыкты жеңүү үчүн кыймылдаткычты (реакциялык күчтү) пайда кылат, ал эми канаттар басымдын айырмачылыктары аркылуу көтөрүлүүнү пайда кылат.
  • Темир темир жолдордогу болоттон жасалган дөңгөлөктөр дөңгөлөктөр дөңгөлөктөрдүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн дөңгөлөктөрүнүн

Машиналар жана инженерия

  • Жөнөкөй машиналар : Леверлер, шкивдер жана ийилген тегиздиктер иштөөнү жеңилдетүү үчүн күчтөрдү чоңойтушат. Мисалы, рычаг колдонулган күчтү күч үчүн аралыкты алмаштыруу менен көбөйтөт (Архимеддин принциби).
  • Робототехника : Робототехника колдору кыймылдаткычтарды (торк), муундарды жана байланыштарды так күчтөрдү жана кыймылдарды колдонуу үчүн колдонушат. Күч сенсорлору объектилерди майдалабай эле кармай аларын камсыз кылат.
  • Структуралык инженерия : Имараттар жана көпүрөлөр гравитациялык жүктөр, шамал жана жер титирөө сыяктуу күчтөргө туруштук бериши керек. Инженерлер чыңалууларды (аймакка күч) эсептешет жана бузулууну болтурбоо үчүн нурларды, колонналарды жана пайдубалдарды долбоорлошот. Темир жана бетон сыяктуу материалдар белгилүү бир бекемдик өзгөчөлүктөрүнө ээ.

Спорт жана эс алуу

  • Долбоордук кыймыл : баскетбол менен сокку, навелин ыргытуу жана гольф соккондо, бардыгы объектини оптималдуу бурчта (адатта, максималдуу диапазонду эске албаганда 45°) учурууну камтыйт.
  • Футбол оюнчулары чөп менен сүрүлүүнү көбөйтүү үчүн клетчаткаларды колдонушат; бейсбол кумуралары топту ийри шарлар үчүн айландыруу үчүн сүрүлүүгө таянышат.
  • Моментум жана кагылышуулар : Бокс же футбол сыяктуу спортто импульсту түшүнүү (күч × убакыт) денеге күчтү азайтуу үчүн сокку убактысын узартуучу коргоочу шаймандарды иштеп чыгууга жардам берет.

Жыйынтыктоо жана кошумча изилдөө

Механикалык күч жана кыймыл - бул окуу китебиндеги түшүнүктөр гана эмес, алар биздин физикалык дүйнөнүн көзгө көрүнбөгөн кыймылдаткычтары. күчтөрдүн вектордук табиятын, кинематиканын көлөмүн жана Ньютондун мыйзамдарын түшүнүү менен, сиз объектилердин эмне үчүн ушундай жүрүм-турумун талдоо жөндөмүнө ээ болосуз. сүрүлүү, көбүнчө тоскоолдук катары каралса да, кыймылга жана башкарууга мүмкүндүк берген зарыл күч.

Түшүнүшүнүшүңүздү тереңдетүү үчүн, төмөнкү ресурстарды изилдеңиз:

Бул негизги нерселерди өздөштүрүү жумуш, энергия, импульс жана айлануу динамикасы сыяктуу өнүккөн темаларга эшикти ачат, алардын бардыгы бир эле фундаменталдык идеяларга негизделген.