Har birimiz ishqalanish kuchining namoyon bo'lishi bilan tanishmiz. Darhaqiqat, kundalik hayotdagi har qanday harakat, xoh u odamni yurishi yoki transport vositasini harakatga keltirishi, bu kuchning ishtirokisiz mumkin emas. Fizikada ishqalanish kuchlarining uch turini o'rganish odatiy holdir. Ushbu maqolada biz ulardan birini ko'rib chiqamiz, biz statik ishqalanish nima ekanligini aniqlaymiz.
Gorizontal yuzadagi bar
Statik ishqalanish kuchi nima va u nimaga teng degan savollarga javob berishdan oldin gorizontal yuzada yotqizilgan chiziqli oddiy holatni ko'rib chiqaylik.
Keling, barda qanday kuchlar harakat qilishini tahlil qilaylik. Birinchisi, buyumning o'zi og'irligi. Uni P harfi bilan belgilaymiz. U vertikal pastga yo'n altirilgan. Ikkinchidan, bu qo'llab-quvvatlashning reaktsiyasi N. U vertikal yuqoriga yo'n altiriladi. Ko'rib chiqilayotgan ish uchun Nyutonning ikkinchi qonuni quyidagi shaklda yoziladi:
ma=P - N.
Bu yerdagi minus belgisi ogʻirlik va tayanch reaksiya vektorlarining qarama-qarshi yoʻnalishlarini aks ettiradi. Blok tinch holatda bo'lgani uchun a ning qiymati nolga teng. Ikkinchisi shuni anglatadiki:
P - N=0=>
P=N.
Tayanch reaksiyasi tana vaznini muvozanatlashtiradi va mutlaq qiymatda unga teng.
Gorizontal yuzadagi barga ta'sir qiluvchi tashqi kuch
Endi yuqorida tavsiflangan vaziyatga yana bir ta'sir qiluvchi kuch qo'shamiz. Faraz qilaylik, odam gorizontal sirt bo'ylab blokni itarib yubora boshlaydi. Keling, bu kuchni F harfi bilan belgilaymiz. Ajablanarli holatni ko'rish mumkin: agar F kuchi kichik bo'lsa, unda uning ta'siriga qaramay, bar sirt ustida turishda davom etadi. Tananing og'irligi va tayanchning reaktsiyasi sirtga perpendikulyar yo'n altiriladi, shuning uchun ularning gorizontal proektsiyalari nolga teng. Boshqacha qilib aytganda, P va N kuchlari hech qanday tarzda F ga qarama-qarshi bo'la olmaydi. U holda, nega bar tinch holatda qoladi va harakat qilmaydi?
Shubhasiz, F kuchiga qarshi qaratilgan kuch bo'lishi kerak. Bu kuch statik ishqalanishdir. Gorizontal sirt bo'ylab F ga qarshi yo'n altirilgan. U barning pastki qirrasi va sirt o'rtasidagi aloqa sohasida harakat qiladi. Uni Ft belgisi bilan belgilaymiz. Gorizontal proyeksiya uchun Nyuton qonuni quyidagicha yoziladi:
F=Ft.
Shunday qilib, statik ishqalanish kuchining moduli har doim gorizontal sirt boʻylab taʼsir etuvchi tashqi kuchlarning mutlaq qiymatiga teng boʻladi.
Bar harakatining boshlanishi
Statik ishqalanish formulasini yozish uchun maqolaning oldingi bandlarida boshlangan tajribani davom ettiramiz. Biz F tashqi kuchning mutlaq qiymatini oshiramiz. Bar bir muncha vaqt tinch holatda qoladi, lekin u harakatlana boshlagan vaqt keladi. Bu vaqtda statik ishqalanish kuchi maksimal qiymatga etadi.
Ushbu maksimal qiymatni topish uchun xuddi birinchisiga oʻxshash boshqa barni olib, ustiga qoʻying. Barning sirt bilan aloqa qilish maydoni o'zgarmadi, lekin uning og'irligi ikki baravar oshdi. Eksperimental ravishda barning sirtdan ajralish kuchi F ham ikki barobar ortishi aniqlandi. Bu fakt statik ishqalanish uchun quyidagi formulani yozishga imkon berdi:
Ft=µsP.
Ya'ni, ishqalanish kuchining maksimal qiymati tananing og'irligiga P proportsional bo'lib chiqadi, bu erda µs parametri mutanosiblik koeffitsienti rolini bajaradi. µs qiymati statik ishqalanish koeffitsienti deb ataladi.
Tajribadagi tana vazni tayanch reaksiya kuchi N ga teng boʻlgani uchun Ft formulasini quyidagicha qayta yozish mumkin:
Ft=µsN.
Avvalgidan farqli o'laroq, bu ibora har doim, hatto tana moyil tekislikda bo'lsa ham ishlatilishi mumkin. Statik ishqalanish kuchining moduli sirt tanaga ta'sir qiladigan tayanch reaktsiya kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
Kuchning jismoniy sabablari Ft
Statik ishqalanish nima uchun yuzaga keladi degan savol murakkab va mikroskopik va atom darajasidagi jismlar oʻrtasidagi aloqani koʻrib chiqishni talab qiladi.
Umuman olganda, kuchning ikkita jismoniy sababi borFt:
- Chuquqlar va pastliklar orasidagi mexanik oʻzaro taʼsir.
- Jismlarning atomlari va molekulalari orasidagi fizik-kimyoviy oʻzaro taʼsir.
Har qanday sirt qanchalik silliq bo'lishidan qat'iy nazar, unda tartibsizliklar va notekisliklar mavjud. Taxminan, bu bir xillik mikroskopik cho'qqilar va chuqurliklar sifatida ifodalanishi mumkin. Bir jismning cho'qqisi boshqa tananing bo'shlig'iga tushganda, bu jismlar o'rtasida mexanik birikma paydo bo'ladi. Ko'p sonli mikroskopik muftalar statik ishqalanish paydo bo'lishining sabablaridan biridir.
Ikkinchi sabab - tanani tashkil etuvchi molekulalar yoki atomlar orasidagi jismoniy va kimyoviy o'zaro ta'sir. Ma'lumki, ikkita neytral atom bir-biriga yaqinlashganda, ular o'rtasida qandaydir elektrokimyoviy o'zaro ta'sirlar, masalan, dipol-dipol yoki van-der-Vaals o'zaro ta'sirlari sodir bo'lishi mumkin. Harakat boshlangan paytda, bar sirtdan ajralib chiqish uchun bu o'zaro ta'sirlarni engishga majbur bo'ladi.
Ft kuchining xususiyatlari
Maksimal statik ishqalanish kuchi nimaga teng ekanligi yuqorida aytib o'tilgan, shuningdek, uning harakat yo'nalishi ham ko'rsatilgan. Bu erda biz Ft miqdorining boshqa xususiyatlarini sanab o'tamiz.
Tinch ishqalanish aloqa joyiga bog'liq emas. Bu faqat tayanchning reaktsiyasi bilan belgilanadi. Aloqa maydoni qanchalik katta bo'lsa, mikroskopik tepaliklar va chuqurliklarning deformatsiyasi shunchalik kichik bo'ladi, lekin ularning soni shunchalik ko'p bo'ladi. Bu intuitiv fakt nima uchun novda kichikroq burchak bilan chetga burilsa, maksimal Ftt oʻzgarmasligini tushuntiradi.hudud.
Tinch ishqalanish va sirpanish ishqalanishi bir xil formulalar bilan tavsiflangan bir xil tabiatga ega, lekin ikkinchisi har doim birinchisidan kamroq. Siljish ishqalanishi blok sirt bo'ylab harakatlana boshlaganda sodir bo'ladi.
Force Ft aksariyat hollarda noma'lum miqdordir. Buning uchun yuqorida keltirilgan formula bar harakatlana boshlagan paytdagi Ft ning maksimal qiymatiga mos keladi. Bu haqiqatni aniqroq tushunish uchun quyida Ft kuchining Ft tashqi ta'sirga bog'liqligi grafigi keltirilgan.
Ko'rinib turibdiki, F ortishi bilan statik ishqalanish chiziqli ravishda kuchayadi, maksimal darajaga etadi va tana harakatlana boshlaganda kamayadi. Harakat paytida endi Ft kuchi haqida gapirishning iloji yoʻq, chunki u sirpanish ishqalanish bilan almashtiriladi.
Nihoyat, Ft kuchining oxirgi muhim xususiyati shundaki, u harakat tezligiga bog'liq emas (nisbatan yuqori tezlikda, Ftkamayadi).
Ishqalanish koeffitsienti µs
Ishqalish moduli formulasida µs ko'rsatilganligi sababli bu haqda bir necha so'z aytish kerak.
Ishqalanish koeffitsienti µs - bu ikki sirtning o'ziga xos xususiyati. Bu tana vazniga bog'liq emas, u eksperimental tarzda aniqlanadi. Misol uchun, daraxt-daraxt juftligi uchun daraxt turiga va ishqalanadigan jismlarning sirtini qayta ishlash sifatiga qarab 0,25 dan 0,5 gacha o'zgaradi. Mumlangan yog'och yuzalar uchunho'l qor µs=0,14 va inson bo'g'inlari uchun bu koeffitsient juda past qiymatlarni oladi (≈0,01).
Ko'rib chiqilayotgan materiallar juftligi uchun µs qiymati qanday bo'lishidan qat'iy nazar, xuddi shunday surma ishqalanish koeffitsienti µk har doim bo'ladi. kichikroq. Masalan, daraxtni daraxtga surganda, u 0,2 ga teng, inson bo'g'imlari uchun esa 0,003 dan oshmaydi.
Keyin, biz olingan bilimlarni qoʻllashimiz mumkin boʻlgan ikkita fizik muammoning yechimini koʻrib chiqamiz.
Qiya sirtdagi bar: kuchni hisoblash Ft
Birinchi vazifa juda oddiy. Aytaylik, yog'ochdan yasalgan blok yog'och yuzada yotadi. Uning massasi 1,5 kg. Sirt ufqqa 15o burchak ostida egilgan. Agar bar harakatlanmayotgani ma'lum bo'lsa, statik ishqalanish kuchini aniqlash kerak.
Bu muammoning diqqatga sazovor tomoni shundaki, koʻpchilik qoʻllab-quvvatlash reaktsiyasini hisoblashni boshlaydi, soʻngra ishqalanish koeffitsienti uchun mos yozuvlar maʼlumotlaridan µs foydalanib, yuqoridagilardan foydalaning. F t ning maksimal qiymatini aniqlash uchun formula. Biroq, bu holda, Ft maksimal emas. Uning moduli faqat tashqi kuchga teng bo'lib, barni o'z joyidan tekislikdan pastga siljitishga intiladi. Bu kuch:
F=mgsin(a).
Unda Ft ishqalanish kuchi F ga teng bo'ladi. Ma'lumotlarni tenglikka almashtirsak, biz javob olamiz: qiya tekislikdagi statik ishqalanish kuchi F t=3,81 nyuton.
Qiya sirtdagi bar: hisoblashmaksimal egilish burchagi
Endi quyidagi masalani hal qilaylik: yog'och blok yog'och eğimli tekislikda. Ishqalanish koeffitsientini 0,4 ga teng deb hisoblab, tekislikning ufqqa qiyshayishining a maksimal burchagini topish kerak, bunda novda siljiy boshlaydi.
Samolyotdagi tana vaznining proyeksiyasi maksimal statik ishqalanish kuchiga tenglashganda sirpanish boshlanadi. Tegishli shartni yozamiz:
F=Ft=>
mgsin(a)=µsmgcos(a)=>
tg(a)=µs=>
a=arktan(µs).
Oxirgi tenglamaga µs=0, 4 qiymatini almashtirsak, a=21, 8o ni olamiz.
