Mexanik kuch va harakat haqida ma'lumot

Mexanik kuch va harakat fizika va muhandislikning poydevoridir, u pendulning o'zboshidan boshlab raketa ishga tushirilishiga qadar hamma narsani boshqaradi. Siz ko'prikni loyihalashtirasizmi, avtomobil dvigatelini muammolar bilan hal qilasizmi yoki shunchaki to'p urilganda qanday harakatlanishini tushunasizmi, ushbu tushunchalar muhimdir. Ushbu maqola mexanik kuch va harakatning asosiy prinsiplarini kengaytiradi, bu erda talabalar, ishbilarmonlar va professionallar uchun batafsil, ammo ochiq ko'rinish mavjud. Biz kuchlarning tabiatini, harakat matematikasi, Nyutoning novdaviy qonunlari va bizning kundalik hayotimizni shakllantiradigan real-dunyo dasturlarini o'rganamiz.

Mexanik kuch nima?

Eng sodda so'zlar bilan aytganda, mexanik kuch - bu bir obʼektga uning boshqa obʼekt bilan oʻzaro aloqasi natijasida qoʻllash yoki tortishdir. Kuchlar obʼektni tezlashtirish, sekinlashtirish, yoʻnalishni oʻzgartirish yoki deformatsiya qilish uchun sabab boʻlishi mumkin. Ular FLT:0 vektor miqdorlaridir, yaʼni ular kattalikka (tush yoki tortish qanchalik kuchli) va yoʻnalishga ega. Kuchning SI birligi newtoni (N) dir, bu bir kilogrammni kvadrat masaga bir metr tezlashtirish uchun zarur boʻlgan kuch sifatida aniqlanadi. Sir Izax Nyutonning 17-asrda ishlatigan ishi bu tushunchani rasmiylashtirdi va klassik mexanika uchun asos soldi.

Kuchlar hamma joyda mavjud: qo'l urish paytida ipdagi kuchlanish, kitobni qo'llab-quvvatlaydigan stoldan normal kuch, Yerning gravitatsiya chizig'i va chiziq qutisini sekinlashtiradigan chiziq. Ushbu o'zaro ta'sirlarni tahlil qilish uchun muhandislar va fiziklar ko'pincha ob'ektni izolyatsiya qiladigan va unga harakat qilayotgan barcha kuchlarni ko'rsatadigan erkin jism diagrammalarini chizadilar.

Mexanik kuchlarning turlari

Mexanik kuchlar keng tarqalgan holda kontakt kuchlari va kontaktsiz kuchlarga bo'linadi, har biri muhim kichik turlarga ega:

  • Muomala kuchlari: Ikki ob'ekt jismoniy ravishda tutganda sodir bo'ladi. Asosiy misollarga quyidagilar kiradi:
    • [[Normal Force: Suv tomonidan qo'llanilgan ustunli qo'llab-quvvatlash kuchi. Masalan, jadvaldagi kitob gravitatsiyani muvozanatlashda yuqoriga normal kuchni boshdan kechirishadi.
    • Charchash: - ta'sirda bo'lgan yuzlarga parallel harakat qiladigan qarshi kuch.
    • Tenglanish: U uzilganda sim, kabel yoki zanjir orqali uzatilgan tirish kuchi.
    • Qo'llanilgan kuch: Bir odam yoki mashina tomonidan qasddan shovqin yoki tortib olish, masalan, aravalarni shovqin qilish.
    • Bahor kuchi: (Hooke qonuni) - bu siqilgan yoki uzilgan bahor tomonidan qo'llanilgan tiklash kuchi.
  • Qo'shinlar: to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilmasdan masofada harakat qiladi. Oddiy turlari quyidagilardir:
    • [[Gravitatsiya: Har qanday ikkita masa o'rtasidagi jozibadorlik kuchi. Yerda bu ob'ektlarning og'irligini beradi (W = mg, bu yerda g ≈ 9.81 m/s2).
    • Magnet kuchlari: Magnetlar yoki magnit va ferromagnetik materiallar o'rtasida jalb qilish yoki orzu qilish.
    • Elektrostatik kuchlar:FLT:1 Elektr yuklari o'rtasidagi kuchlar, masalan, qarshi yuklar o'rtasidagi jalb qilish yoki o'xshash yuklar o'rtasidagi orzu.

Ushbu kuchlarning o'zaro ta'sirini tushunish harakat yoki tarkibiy yaxlitlikni bashorat qilish uchun muhimdir.

Muvofiqlikni tushunish

Harakat - bu obyektning vaqt o'tishi bilan ma'lumot rammasiga nisbatan o'zgarishi. Biz ko'pincha "sovutlik" yoki "harakat" kabi kundalik so'zlarni ishlatganimizda, fizika aniq ta'riflarni talab qiladi: ko'chirish, tezlik va tezlanish. Ushbu vektor miqdorlari nafaqat kattalikni, balki yo'nalishni ham ko'rsatadi, harakat tahlilini ham geometrik, ham matematik qiladi.

Yerni ko'chirish, tezlik va tezlashtirish

  • O'tish: 1: Boshlang'ich nuqtadan oxirigacha bo'lgan to'g'ri chiziq masofasi, yo'nalishni o'z ichiga oladi. Masalan, 5 metr shimoliy va keyin 3 metr sharqda yurish natijasida taxminan 5.83 metr shimoliy-sharqiy o'tish sodir bo'ladi. Bu masofadan farq qiladi, bu yurilgan umumiy yo'lning (8 metr) yig'ini tashkil qiladi.
  • Tezlik: Yerni ko'chirishning o'zgarish darajasi. O'rtacha tezlik = yer ko'chirish ÷ vaqt. Darhol tezlik - bu har qanday aniq vaqtda tezlik. Tezlik - bu tezlikning magnitudidir skalar. Shimoliy tarafga 60 km / soat bilan sayohat qiluvchi avtomobilning tezligi 60 km / soat shimoliy tarafga teng.
  • Taskinlash: vaqt o'tishi bilan tezlik o'zgaradi. Bu tezlashtirish, sekinlashish yoki yo'nalishni o'zgartirishni o'z ichiga oladi. Masalan, doimiy tezlikda burchakni aylantirgan avtomobil yo'nalishni o'zgartirgani uchun tezlashmoqda. Taskinlash = (qiyomat tezligi - boshlang'ich tezlik) ÷ vaqt, SI birliklari m/s2 bilan.

Ushbu grafiklarni tasavvur qilish uchun grafikni ko'rib chiqing: joy-vaqt grafikining bo'shliq tezlikni beradi; tezlik-vaqt grafikining bo'shliq tezlikni beradi. tezlik-vaqt grafikining ostida joylashgan maydonga ko'chirish teng. Ushbu munosabatlar kinematikada, kuchlarga qaramasdan harakatni o'rganishda asosiydir.

Harakat turlari

Harakat uning yo'li va doimiyligi bo'yicha tasniflanishi mumkin:

  • Linear Motion: To'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanish, masalan, to'g'ri yo'nalishda poezd. Bu bir xilda (qo'shni tezlikda) yoki bir xilda bo'lmagan (tezlash) bo'lishi mumkin.
  • Rotatsiyaviy harakat: Bir o'q atrofida harakat, xuddi velosiped aylanishi yoki Yer aylanishi kabi.
  • davriy harakat: Bir oynaga o'xshash orqaga va orqaga takrorlanadigan harakat (oddiy harmonik harakat).
  • Projektildir mo'l-harakat: Gravitatsiya ostida ikki o'lchamli harakat, masalan, basketbol o'qishi. Uzviy komponent doimiy (havo qarshiligini e'tiborga olmagan holda), vertikal harakat esa pastga tezlashadi.

Newtonning harakatlanish qonunlari

Nyutonning uchta qonuni klassik mexanikaning negizidir. Ular kuchlarni hosil bo'lgan harakat bilan bog'lash uchun asosni taqdim etadi. Har bir qonun sonsiz tajribalar bilan qo'llab-quvvatlanadi va bugungi kunda ko'pgina muhandislik ilovalarida (relativatsiya yoki kvant ta'siri hukmronlik qiladigan joylardan tashqari) ishlatiladi.

Birinchi qonun: Inersiya qonuni

"Tush turgan ob'ekt xotirjamlikda qoladi va harakatdagi ob'ekt tashqi kuch tomonidan harakatlanmasa, doimiy tezlikda harakatda qoladi". Ushbu qonun inersiya tushunchasini joriy etadi. Bir ob'ekt harakatlanish holatidagi o'zgarishlarga qarshi turish tendensiyasi. Inersiya massaga to'g'ridan-to'g'ri nisbiy: ko'p ommaviy ob'ektlar katta inersiyaga ega. Masalan, og'ir yuk mashinasi velosipeddan ko'ra tezlash yoki to'xtash uchun ko'proq kuch talab qiladi. Agar siz avtoulovda bo'lsangiz, to'satdan frenlar, tanangiz oldinga yuguradi, chunki sizning inersiya sizni dastlabki tezlikda harakat qilishni davom ettirishni xohlaydi. Shuning uchun xavfsizlik kamarlari muhimdir: ular sizni xavfsiz sekinlashtirishi uchun tashqi kuchni taqdim etadi.

Ikkinchi qonun: F = ma

"Boshning tezlanishi u ustida harakat qilayotgan to'g'ridan-to'g'ri nisbiy va massasiga o'zgacha nisbiy". Matematikada: F_net = m × a, F_net barcha kuchlarning vektor yig'indisi, m massasi, a esa natijada tezlanish. Ushbu qonun kuchlarning harakatga qanday ta'sir qilishini miqdorlaydi. Masalan, agar siz 10 kg qutisini 20 N kuch bilan (trikishni e'tiborsiz qoldirgan holda) bosib chiqarsangiz, tezlanish 2 m / s. 20 kg qutisiga qo'llangan bir xil kuch faqat 1 m / s hosil qiladi. Muhandislikda ushbu munosabatlar motorlar, braklar va tarkibiy yordamchilarni o'lchash uchun ishlatiladi. Erkin tana diagrammasi F = ma qo'llangandan oldin to'g'ridan-to'g'ri kuchni hisoblashga yordam beradi.

Uchinchi qonun: harakat va reaktsiya

"Har bir harakat uchun teng va qarama-qarshi reaktsiya mavjud". Bu kuchlar har doim juftlar bilan keladi. Devorga teshganingizda, devor sizga xuddi shunday kattalik bilan orqaga shoshadi. Siz harakatlanmaysiz, chunki yer sizni to'xtatish uchun erdan ham chiziqlarni o'tkazadi. Raketa gazni pastga (harakat) chiqargan holda ishlaydi va gaz raketani yuqoriga (harakat) shoshadi. Yola ko'rish sizning oyoqingiz yerga qarshi orqaga shoshilishiga asoslanadi, yer esa sizni oldinga shoshadi. Muhimlisi shundaki, harakat-harakat juftlari turli ob'ektlarga harakat qiladi, shuning uchun ular bir-birini to'g'ridan-to'g'ri bekor qilmaydi.

Bu uchta qonun birgalikda kuchlarning harakatini va aksincha harakatni oldindan ko'rishga imkon beradi.

Kuch harakatga qanday taʼsir qiladi

Kuch tezlanishning sababi, ammo munosabat bir vaqtning o'zida harakat qiladigan ko'p kuchlar tufayli har doim ham aniq emas. net kuch barcha kuchlarning vektor yig'indisi; agar to'liq kuch nol bo'lsa, ob'ekt yoki to'xtaydi yoki doimiy tezlikda harakatlanishda davom etadi (Nyutonning birinchi qonuni). Agar to'liq kuch nol bo'lmasa, ob'ekt to'liq kuch yo'nalishida tezlashadi. Friksiya harakatga qarshi eng keng tarqalgan kuchlardan biridir, shuning uchun biz uni chuqurroq ko'rib chiqamiz.

Charchash: qarshilik kuchi

Yuzlar o'rtasidagi mikroskopik aloqadan hosil bo'lgan charchash har doim harakat yo'nalishining (yoki yaqinlashib kelayotgan harakatning) qarama-qarshi harakat qiladi. Charchash muhimdir usiz yurish, qalam bilan yozish yoki avtomobil haydash mumkin emas.

  • Statik chirish (μ s ) : Bir obʼekt harakatlanishiga toʻsqinlik qiladigan kuch. Bu noldan maksimal qiymatgacha oʻzgaradi, μs × N. Obʼektni harakatga qoʻyish uchun statik chirishni yengishingiz kerak. Masalan, ogʻir kishanni quvish: qoʻllaniladigan kuch maksimal statik chirishni oʻtmaguncha, kishan koʻchmaydi.
  • Kinetik chiziq (μk) : Ob'ekt allaqachon chiqqanda harakatga qarshi kuch. Odatda u maksimal statik chiziqdan kamroq (μk]] < μs), bu esa qutini harakatga boshlashdan ko'ra harakatda saqlash osonroq ekanligini tushuntiradi. Kinetik chiziq = μkFLT:9]] × N, bu yerda N normal kuchdir.
  • Rolling Friction: Bir ob'ekt yuzaga kelayotganda yuzaki burilishdan ancha past bo'lgan qarshilik.
  • Havoga qarshilik (Tarik) (FLT:1): Suyuqlik chiziqining tezligi, yuza maydoni va shakliga bog'liq turi. Chiqqach, chiziq gravitatsiyani muvozanatlashgacha ko'payadi, natijada tug'ilgan tezlik da o'zgarmas maksimal tezlikka erishadi. Skaydivers bu holatni tezlanishdan to'xtatganda boshdan kechirishadi.

Bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, bu erda ham, ham, ham, bu erda ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham, ham

Mexanik kuch va harakatning amaliy qo'llanmalari

Kuch va harakat tamoyillari texnologiya va kundalik hayotning har bir jihatida o'z ichiga oladi.

Transport

  • Avtomobillar: : Muharrir velosipedlarni haydash uchun torki ishlab chiqaradi, bu esa avtomobilni oldinga surish uchun yo'ldagi tayoqlaridan chiziq kuchi hosil qiladi. Breklar chiziqlarga chiziq qo'shadi. O'tirgichlar va havo qopqoqlari to'satdan to'xtash paytida yo'lovchilarni himoya qilish uchun inersiya ishlatadi.
  • Samolyotlar: Jet dvigatellari tortib olish uchun silliq (reaksiya kuchi) hosil qiladilar, qanotlar esa bosim farqlari orqali ko'tarishni hosil qiladilar.
  • Trenglar: Polatli poyezdlardagi po'lat velosipedlar rullash aralashtirishni kamaytiradi, bu esa yuqori tezlikda sayohat qilish imkonini beradi. Magnetik levitatsiya (maglev) poezdlari yuklash va harakatlanish uchun magnit kuchlardan foydalanadi, bu esa aralashtirishni butunlay bartaraf etadi.

Mashinalar va muhandislik

  • Sodda mashinalar: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : [[Archimedes]]ning prinsipida qo'llanilgan kuchni kuch bilan ko'paytirish (Fort uchun masofa)
  • : [[Robot]] qo'llari aniq kuch va harakatlarni qo'llash uchun motorlar (tork), qo'shilmalar va bog'liqliklardan foydalanadi.
  • Structural Engineering: Qurilishlar va ko'priklar gravitatsiya yuklari, shamol va zilzilalar kabi kuchlarga qarshi turishi kerak. Muhandislar kuchlanishlarni (orqaga nisbatan kuch) hisoblaydilar va xatolardan qochish uchun balmoqlar, ustunlar va poydevorlarni loyihalashtiradilar. Po'lat va beton kabi materiallar aniq kuch xususiyatlariga ega.

Sport va dam olish

  • Projektil harakat: Basketbol o'qishi, nayza tashlash va golf o'ynash ob'ektni optimal burchada (odatda maksimal masofani e'tiborga olmagan holda 45°) ishga tushirishni o'z ichiga oladi.
  • Sportdagi friction: Futbolchilar o'tlar bilan frictionni oshirish uchun chekilar ishlatadi; beysbol o'yinchilari kurvbollar uchun to'pni aylantirish uchun chekiga tayanadilar. Surferlar suv yuzasi bo'ylab sayohat qilish uchun to'lqinlarning kuchlaridan foydalanadilar.
  • FLT:0: Vafotbol yoki boks kabi sportlarda impulsni tushunish (chekkani x vaqtni) tanadagi kuchni kamaytirish uchun ta'sir vaqtini uzaytiradigan himoya vositasini yaratish uchun yordam beradi.

Qisqacha va yanada izlanish

Mexanik kuch va harakat shunchaki darslik tushunchalari emas. Ular bizning jismoniy olamimizning ko'rinmas haydovchilari. Kuchlarning vektor xususiyatini, kinematikani va Nyuton qonunlarini tushunish orqali siz ob'ektlar nima uchun o'zlarining xatti-harakatlarini tahlil qilish qobiliyatini egallaymiz. Frecktion, ko'pincha bezovta sifatida ko'rilsa ham, harakat va nazoratni imkon beradigan zarur kuchdir. Transportdan qurilishgacha, sportgacha, ushbu prinsiplar muammolarni hal etish va hal qilish uchun har kuni qo'llaniladi.

O'zingizning tushunchangizni chuqurlashtirish uchun quyidagi manbalarni ko'rib chiqing:

Ushbu asoslarni o'rganish ish, energiya, harakat va aylanish dinamikasi kabi ilg'or mavzularga eshik ochadi, ularning barchasi bir xil asosiy g'oyalarga asoslanadi.