Giới thiệu lực và sự chuyển động cơ học

Lực cơ khí và chuyển động là nền tảng của vật lý và kỹ thuật, điều khiển mọi thứ từ lắc lư của một con lắc cho đến việc phóng tên lửa. cho phép bạn thiết kế một cây cầu, gặp rắc rối với một động cơ xe hơi, hoặc đơn giản là hiểu làm thế nào một quả bóng di chuyển khi bị đá, những khái niệm này là cần thiết. bài báo này mở rộng trên các nguyên tắc cơ bản của lực cơ học và chuyển động, cung cấp một bản cho sinh viên, các nhà nghiên cứu thú vị, và các chuyên gia. chúng tôi sẽ khám phá bản chất của lực, toán học chuyển động, luật sống trên mặt đất của Newton, và các ứng dụng thực tế mà chúng tôi hình dạng cuộc sống hàng ngày.

Lực cơ khí là gì?

Trong điều kiện đơn giản nhất, một lực cơ học là một lực đẩy hoặc kéo một đối tượng vì sự tương tác của nó với một đối tượng khác. Lực có thể làm cho một vật thể tăng tốc, giảm tốc, giảm tốc độ, thay đổi hướng, hoặc biến đổi. Chúng là [FLT: 0] [FLT: 0],] vận tốc , có nghĩa là chúng có cả kích thước ( lực đẩy hay lực đẩy mạnh hay kéo mạnh như thế nào). Đơn vị này là [FL:] mới [N:] [N:], [FL:], như lực lượng cần thiết để tăng tốc một mét trên một công trình yểm trợ trên một mét vuông.

Lực lượng ở khắp nơi: sự căng thẳng trong một dây thừng trong một cuộc kéo co, lực bình thường từ một bàn hỗ trợ một cuốn sách, lực hấp dẫn của trái đất, và sự ma sát làm chậm một hộp trượt. Để phân tích những tương tác này, các kỹ sư và vật lý thường vẽ [FLT: 0] sơ đồ tự do mà cô lập một đối tượng và hiển thị tất cả các lực tác động trên nó, điều quan trọng để tính toán mạng và kết quả lực chuyển động.

Những loại lực cơ khí

Lực cơ khí được phân loại rộng thành lực liên lạc và lực không đối lập, mỗi loại có các mẫu phụ quan trọng:

  • [Các lực lượng liên kết:] ) khi hai đối tượng chạm vào nhau. Ví dụ chìa khóa bao gồm:
    • Không có lực nóng: Lực hỗ trợ hình vuông , lực hỗ trợ có tác động bởi bề mặt. Lấy thí dụ, một cuốn sách trên bàn có thể cảm nhận được lực lượng cân bằng trên một lực lượng bình thường.
    • Th Lực kháng cự hoạt động song song với bề mặt, chuyển động đối lập (hoặc chuyển động sắp tới).
    • Thiết bị: Lực kéo được truyền qua dây, dây cáp hoặc dây thừng khi nó được kéo.
    • Lực lượng ứng dụng: ) Bất kỳ lực đẩy hay kéo cố ý của một người hay máy, như đẩy một xe đẩy.
    • Lực lượngSpring:) Lực phục hồi được sử dụng bởi một mùa xuân nén hoặc kéo dài, tỷ lệ để dời (Luật pháp của Hooke).
  • [FN-contac Forces:) Hành động ở một khoảng cách không liên lạc trực tiếp. Kiểu thông thường bao gồm:
    • GG] Giá trị Lực hấp dẫn giữa bất kỳ khối lượng nào. Trên Trái đất, lực hấp dẫn này tạo trọng lượng (WLT: m, g [G], g .].
    • Lực hấp dẫn :) hấp dẫn hoặc đẩy giữa nam châm hoặc giữa nam châm và vật liệu dương vật.
    • Lực lượng nhà nước: lực hút giữa các điện tích, như sự hấp dẫn giữa các cáo buộc đối diện hoặc sự đẩy lùi giữa các cáo buộc như tội.

Hiểu được sự giao thoa giữa các lực này là điều quan trọng để dự đoán sự chuyển động hoặc cấu trúc toàn vẹn, chẳng hạn như thang máy di chuyển lên trên bao gồm sự căng thẳng dây cáp, lực bình thường trên sàn nhà và trọng lực — tất cả đều hoạt động đồng thời.

Name

Trong khi chúng ta thường dùng từ như "tiểu thức" hay "hành động", vật lý đòi hỏi những định nghĩa chính xác: sự dịch chuyển, vận tốc và gia tốc. những khối véc tơ này không chỉ chỉ chỉ ra độ lớn mà còn hướng, phân tích chuyển động cả hình học và toán học.

Sự phân chia, vận tốc và gia tốc

  • Khoảng cách thẳng từ điểm đầu đến điểm cuối, bao gồm hướng. ví dụ, đi bộ 5 mét phía bắc sau, 3 mét Đông kết quả trong sự dịch chuyển khoảng 5,83 mét phía đông đông đông đông bắc. điều này khác nhau từ khoảng cách, tổng số đường đi (8 mét).
  • Tốc độ thay đổi độ dời trung bình = độ dời thời gian. Vận tốc là vận tốc tại bất cứ thời điểm cụ thể nào. Tốc độ là vận tốc vận tốc — một số chữ số.
  • [FLT: 0] Sự gia tăng [FLT: 1]: tốc độ thay đổi theo thời gian. Nó bao gồm tăng tốc độ, giảm tốc độ, giảm hoặc thay đổi hướng. Ví dụ, một chiếc xe quay một góc với tốc độ không đổi vì hướng thay đổi. Tính năng tăng tốc độ = (tọa độ thời gian đầu tiên) thời gian cho hệ thống định tốc độ, với hệ thống định vị m/ 2.

Để hình dung ra những biểu đồ này, hãy xem xét một đồ thị: một đường dốc thời gian cung cấp vận tốc; độ dốc của đồ thị thời gian cho phép tăng tốc. diện tích dưới một biểu đồ thời gian vận tốc bằng độ dời. những mối quan hệ này là nền tảng trong động vật học, nghiên cứu chuyển động mà không quan tâm đến lực lượng.

Kiểu chuyển động

Chuyển động có thể được phân loại bởi đường đi và sự bền bỉ của nó:

  • Chuyển động ): chuyển động dọc theo một đường thẳng, chẳng hạn như một tàu hỏa trên một đường thẳng.
  • Chuyển động quay ): chuyển động xung quanh một trục, như một bánh xe quay hoặc quay trái đất. Mô tả bởi một độ dời góc, vận tốc góc, và tăng tốc độ góc.
  • Động tác Priodic): chuyển động lặp đi lặp lại, như con lắc hoặc khối lượng trên một mùa xuân (động tác điều hòa đơn giản).
  • Chuyển động bảo vệ : chuyển động hai chiều dưới lực hấp dẫn, ví dụ, một cú ném bóng rổ. thành phần ngang là hằng số (không có gì kháng cự), trong khi chuyển động dọc tăng tốc độ xuống.

Định luật chuyển động của Newton

3 quy luật của Newton là nền tảng của cơ học cổ điển, chúng cung cấp một khuôn khổ liên kết các lực với các kết quả chuyển động. mỗi quy luật được hỗ trợ bởi vô số các thí nghiệm và vẫn được sử dụng ngày nay cho hầu hết các ứng dụng kỹ thuật (trừ khi các hiệu ứng tương đối hoặc lượng tử chi phối).

Luật đầu tiên: Luật Inertia

"Một vật thể nghỉ ngơi, và một chuyển động ở vận động ở một vận tốc không đổi trừ khi được hành động bởi một lực bên ngoài." Luật này giới thiệu khái niệm [FLT: 0] [FLT: 0] — xu hướng của một đối tượng để chống lại sự thay đổi trong trạng thái chuyển động của nó. Inertia là tỷ lệ trực tiếp để khối lượng: nhiều vật thể lớn hơn. Ví dụ, một xe tải nặng đòi hỏi nhiều lực hơn để tăng tốc hoặc dừng lại. Nếu bạn đang ở trong một chiếc xe đột ngột, cơ thể của bạn bị phanh ra vì bạn muốn tiếp tục di chuyển tốc độ gốc. Tại sao nó là lực lượng an toàn hơn: nó có lực lượng bảo vệ: giảm lực lượng bên ngoài.

Định luật thứ hai: F = ma

"Gia tốc của một đối tượng là trực tiếp tương ứng với lực mạng và nghịch đảo với khối lượng của nó." Về mặt toán học: [FLT: 0] F/net = m [FB [FLT: 1], nơi F net là tổng cộng của tất cả các lực lượng, m là khối lượng, và một kết quả tăng tốc. Định lượng pháp này định lượng lực ảnh hưởng thế nào đến chuyển động. Ví dụ, nếu bạn đẩy một hộp 10kg với 20 N (cccc ma sát), tăng tốc là 2 m/2. Lực lượng tương tự áp dụng cho một hộp 20 kg, và một kết quả là sự kết hợp với các thiết kế, và lực này là lực đẩy tự do sự hỗ trợ, và lực lượng tạo ra các thiết bị ép buộc, và áp dụng để tạo ra các thiết bị tạo ra các dây buộc, và áp dụng các dây buộc, và các thiết bị nối mạng F.

Luật thứ ba: Hành động và hành động

"Đối với mỗi hành động, có một phản ứng ngang nhau và đối lập." Điều này có nghĩa là lực luôn luôn đi theo cặp. và khí đẩy tên lửa lên trên (hành động). đi bộ trên chân của bạn đẩy ngược lại mặt đất trong khi mặt đất đẩy bạn về phía trước. quan trọng, hành động cặp hành động trên các đối tượng khác nhau, vì vậy chúng không hủy bỏ trực tiếp mỗi khác.

3 luật này cho phép chúng ta dự đoán chuyển động từ lực và ngược lại. các kỹ sư sử dụng chúng trong mô phỏng để mô phỏng mọi thứ từ tai nạn xe hơi đến quỹ đạo vệ tinh.

Làm thế nào sức ép ảnh hưởng đến chuyển động

Buộc là nguyên nhân của gia tốc, nhưng mối quan hệ không phải luôn luôn rõ ràng do nhiều lực tác động cùng lúc. Lực [FLT: 0] Mạng [FLT: 0] [FLT: 1] là tổng cộng của tất cả các lực lượng; nếu lực lượng lưới là zero, đối tượng hoặc vẫn còn ở yên hay tiếp tục di chuyển ở vận tốc không đổi (luật đầu tiên của Newton). Nếu lực mạng là không phải là số không, lực đẩy theo hướng của lưới. Độ cản là một trong những lực phổ biến nhất phản đối với chuyển động, vì vậy chúng tôi sẽ kiểm tra độ sâu của nó.

Ma sát: Lực kháng cự

Sự ma sát xuất phát từ sự tương tác cực nhỏ giữa bề mặt, luôn luôn tác động ngược lại với sự chuyển động (hoặc chuyển động gần kề). Sự ma sát là thiết yếu — nếu không có nó, bạn không thể đi lại, viết bằng bút, hoặc lái xe, nhưng cũng gây ra mất năng lượng như nhiệt độ.

  • Lực ngăn cản một đối tượng di chuyển. Nó thay đổi từ 0 lên đến giá trị tối đa ) . Bạn phải vượt qua ma sát để đặt một đối tượng trong chuyển động. Lấy thí dụ, đẩy một thùng nặng: cho đến khi lực tăng quá mạnh áp dụng, thì không thay đổi.
  • ): chuyển động đối lập khi đối tượng đang trượt. Thường thì ít hơn ma sát tĩnh tối đa ) < μ [FLT:] [FLT: 6) [FLT:] [FLT: 7), điều này giải thích tại sao việc giữ cho một hộp di chuyển dễ hơn là bắt đầu di chuyển. ma sát [FL: t [FL: t, N] [V], N.
  • Sự kháng cự gặp khi một đối tượng lăn trên bề mặt, thấp hơn nhiều so với ma sát trượt. Đây là lý do tại sao bóng mang và bánh xe có hiệu quả.
  • Kháng chiến ): một loại ma sát lỏng phụ thuộc vào vận tốc, diện tích bề mặt và hình dạng.

Hiểu ma sát là quan trọng trong thiết kế: phanh phụ thuộc vào ma sát cao, trong khi động cơ và mang mục tiêu để giảm thiểu nó. Hệ số ma sát khác nhau rất nhiều: cao su trên bê tông khô (GP. 7-1. 1) so với thép bôi trơn (GzP.05-0.1).

Những ứng dụng thiết thực của cơ khí và động tác

Các nguyên tắc về sức mạnh và chuyển động bao trùm mọi khía cạnh của công nghệ và cuộc sống hàng ngày.

Chuyển

  • Thẻ : động cơ tạo mô-men xoắn để chạy bánh xe, tạo ra lực ma sát từ lốp xe để đẩy xe về phía trước.
  • Động cơ máy bay tạo lực đẩy (một lực phản ứng) để vượt qua lực kéo, trong khi cánh tạo ra lực nâng qua sự khác biệt áp suất.
  • Các đường dẫn : bánh xe thép trên đường ray giảm thiểu ma sát lăn, cho phép đi nhanh tốc độ có hiệu quả.

Kỹ thuật và máy móc

  • Máy móc ]: Levers, ròng rọc và nghiêng máy bay phóng đại lực lượng để làm việc dễ dàng hơn.
  • Roboics ]: Vũ khí rô-bốt dùng động cơ (cơ, khớp, khớp và liên kết để áp dụng lực và chuyển động chính xác. Các cảm biến buộc buộc bảo đảm có thể kẹp đối tượng mà không làm chúng bị hư hỏng.
  • Kỹ sư kỹ thuật hóa ): Các tòa nhà và cầu phải chịu lực như trọng lực, gió và động đất. Các kỹ sư tính toán áp lực (trên mỗi diện tích) và các cột, và các nền tảng để tránh thất bại. Các vật liệu như thép và bê tông có đặc điểm riêng.

Thể thao và giải trí

  • Di chuyển ) Một shot bóng rổ, ném lao, và một xoay golf tất cả bao gồm việc phóng một đối tượng ở góc tối ưu (thường 45 ° để có khả năng chống không khí tối đa). Quỹ đạo là par oct vì trọng lực.
  • Sự tham gia của các môn thể thao ]: các cầu thủ bóng chày sử dụng các cleats để tăng ma sát với cỏ, bình bóng chày dựa vào ma sát để xoay bóng cho bóng cong. Surfer sử dụng lực lượng của sóng để đi dọc theo mặt nước.
  • Trong thể thao như boxing hay bóng đá, sự hiểu biết về thôi thúc (thời gian sử dụng×) giúp thiết kế các thiết kế các thiết bị bảo vệ để giảm lực tác động đến cơ thể.

Tóm lược và khai thác thêm

Lực và chuyển động cơ học không chỉ là khái niệm sách vở, mà còn là những người lái xe vô hình của thế giới vật chất. bằng cách hiểu được tính chất véc tơ của lực, lượng động lực, và quy luật của Newton, bạn có thể phân tích tại sao các vật thể lại hành xử như vậy.

Để hiểu biết sâu sắc hơn, hãy khám phá những nguồn tài nguyên này:

Làm chủ những điều cơ bản này sẽ mở ra cánh cửa cho những đề tài tiến bộ như làm việc, năng lượng, động lực và động lực, tất cả những điều này đều dựa trên cùng một ý tưởng cơ bản.