Ishqalanish - bu inson mexanizmlarning har qanday aylanadigan va sirpanish qismlarida uni kamaytirish uchun kurashadigan jismoniy hodisa, ammo ularsiz bu mexanizmlarning birortasining harakati mumkin emas. Ushbu maqolada biz fizika nuqtai nazaridan aylanma ishqalanish kuchi nima ekanligini ko'rib chiqamiz.
Tabiatda ishqalanish kuchlarining qanday turlari mavjud?
Avvalo, aylanma ishqalanish boshqa ishqalanish kuchlari orasida qaysi oʻrinni egallashini koʻrib chiqing. Bu kuchlar ikki xil jismning aloqasi natijasida vujudga keladi. Bu qattiq, suyuq yoki gazsimon jismlar bo'lishi mumkin. Masalan, samolyotning troposferada parvozi uning tanasi va havo molekulalari o'rtasida ishqalanishning mavjudligi bilan birga keladi.
Faqat qattiq jismlarni hisobga olgan holda, biz dam olish, sirpanish va aylanishning ishqalanish kuchlarini ajratamiz. Har birimiz payqadik: poldagi qutini siljitish uchun zamin yuzasi bo'ylab biroz kuch qo'llash kerak. Qutilarni tinch holatdan chiqaradigan kuchning qiymati mutlaq qiymatda qolgan ishqalanish kuchiga teng bo'ladi. Ikkinchisi qutining pastki qismi va zamin yuzasi o'rtasida ishlaydi.
Qanday qilibquti o'z harakatini boshlagandan so'ng, bu harakatni bir xilda ushlab turish uchun doimiy kuch qo'llanilishi kerak. Bu fakt pol va qutining aloqasi o'rtasida ikkinchisiga surma ishqalanish kuchi ta'sir qilishi bilan bog'liq. Qoida tariqasida, u statik ishqalanishdan bir necha o'n foizga kamroq.
Quti ostiga qattiq materialdan yasalgan yumaloq tsilindrlarni qo'ysangiz, uni siljitish ancha osonlashadi. Aylanadigan ishqalanish kuchi quti ostidagi harakat jarayonida aylanadigan silindrlarga ta'sir qiladi. Odatda oldingi ikki kuchdan ancha kichikdir. Shuning uchun insoniyat tomonidan g'ildirakning ixtiro qilinishi taraqqiyot sari ulkan sakrash bo'ldi, chunki odamlar kam qo'llaniladigan kuch bilan ancha katta yuklarni harakatga keltira oldilar.
Dudmalash ishqalanishining fizik tabiati
Nima uchun aylanma ishqalanish paydo bo'ladi? Bu savol oson emas. Bunga javob berish uchun dumaloq jarayonida g'ildirak va sirt bilan nima sodir bo'lishini batafsil ko'rib chiqish kerak. Avvalo, ular mukammal silliq emas - na g'ildirakning yuzasi, na uning aylanayotgan yuzasi. Biroq, bu ishqalanishning asosiy sababi emas. Asosiy sabab - bir yoki ikkala jismning deformatsiyasi.
Har qanday jismlar, ular qanday qattiq materialdan yasalgan bo'lishidan qat'i nazar, deformatsiyalanadi. Tananing og'irligi qanchalik ko'p bo'lsa, uning yuzasiga ta'sir qiladigan bosim shunchalik ko'p bo'ladi, ya'ni u aloqa nuqtasida o'zini deformatsiya qiladi va sirtni deformatsiya qiladi. Ayrim hollarda bu deformatsiya shunchalik kichikki, elastiklik chegarasidan oshmaydi.
Bg'ildirakning aylanishi paytida, sirt bilan aloqani to'xtatgandan so'ng, deformatsiyalangan joylar asl shaklini tiklaydi. Shunga qaramay, bu deformatsiyalar g'ildirakning yangi inqilobi bilan tsiklik ravishda takrorlanadi. Har qanday tsiklik deformatsiya, hatto elastik chegarada bo'lsa ham, histerezis bilan birga keladi. Boshqacha qilib aytganda, mikroskopik darajada deformatsiyadan oldin va keyin tananing shakli boshqacha. G'ildirakning aylanish jarayonida deformatsiya davrlarining histerizisi energiyaning "tarqalishi" ga olib keladi, bu amalda aylanma ishqalanish kuchining paydo bo'lishi shaklida namoyon bo'ladi.
Mukammal tanani aylantirish
Ideal tana ostida bu holda biz uning deformatsiyalanmasligini nazarda tutamiz. Ideal g'ildirak holatida uning sirt bilan aloqa qilish maydoni nolga teng (u chiziq bo'ylab sirtga tegib turadi).
Deformatsiyalanmaydigan g'ildirakka ta'sir qiluvchi kuchlarni tavsiflaymiz. Birinchidan, bu ikkita vertikal kuch: tana vazni P va qo'llab-quvvatlovchi reaktsiya kuchi N. Ikkala kuch ham massa markazidan (g'ildirak o'qi) o'tadi, shuning uchun ular momentni yaratishda ishtirok etmaydi. Ular uchun siz yozishingiz mumkin:
P=N
Ikkinchidan, bu ikkita gorizontal kuch: gʻildirakni oldinga siljituvchi F tashqi kuch (u massa markazidan oʻtadi) va aylanma ishqalanish kuchi fr. Ikkinchisi M momentini hosil qiladi. Ular uchun quyidagi tengliklarni yozishingiz mumkin:
M=frr;
F=fr
Bu erda r - g'ildirakning radiusi. Bu tengliklar juda muhim xulosani o'z ichiga oladi. Agar fr ishqalanish kuchi cheksiz kichik bo'lsa, u holdahali ham g'ildirakning harakatlanishiga olib keladigan momentni yaratadi. F tashqi kuch fr ga teng bo'lganligi sababli, F ning har qanday cheksiz kichik qiymati g'ildirakning aylanishiga olib keladi. Bu shuni anglatadiki, agar dumaloq korpus ideal bo'lsa va harakat paytida deformatsiyani boshdan kechirmasa, unda hech qanday dumaloq ishqalanish kuchi haqida gapirishning hojati yo'q.
Barcha mavjud jismlar haqiqiydir, ya'ni ular deformatsiyaga uchraydi.
Haqiqiy tana dumalab yurish
Endi yuqorida tavsiflangan vaziyatni faqat haqiqiy (deformatsiyalanuvchi) jismlar uchun ko'rib chiqing. G'ildirak va sirt o'rtasidagi aloqa maydoni endi nolga teng bo'lmaydi, u cheklangan qiymatga ega bo'ladi.
Keling, kuchlarni tahlil qilaylik. Keling, vertikal kuchlarning ta'siridan, ya'ni tayanchning og'irligi va reaktsiyasidan boshlaylik. Ular hali ham bir-biriga teng, ya'ni:
N=P
Biroq, N kuchi endi vertikal yuqoriga qarab g'ildirak o'qi orqali emas, balki undan d masofaga biroz siljiydi. Agar g'ildirakning sirt bilan aloqa qilish maydonini to'rtburchakning maydoni sifatida tasavvur qilsak, bu to'rtburchakning uzunligi g'ildirakning qalinligi, kengligi esa 2d ga teng bo'ladi.
Endi gorizontal kuchlarni ko'rib chiqishga o'tamiz. Tashqi F kuchi hali ham moment hosil qilmaydi va mutlaq qiymatda fr ishqalanish kuchiga teng, ya'ni:
F=fr.
Aylanishga olib keladigan kuchlar momenti ishqalanish fr va tayanchning reaktsiyasini hosil qiladi N. Bundan tashqari, bu momentlar turli yo'nalishlarga yo'n altiriladi. Tegishli ifodaturi:
M=Nd - frr
Bir tekis harakatda M momenti nolga teng bo'ladi, shuning uchun biz olamiz:
Nd - frr=0=>
fr=d/rN
Oxirgi tenglik, yuqorida yozilgan formulalarni hisobga olgan holda, quyidagicha qayta yozilishi mumkin:
F=d/rP
Aslida, biz aylanma ishqalanish kuchini tushunishning asosiy formulasini oldik. Keyingi maqolada biz buni tahlil qilamiz.
Dargalanish qarshilik koeffitsienti
Bu koeffitsient allaqachon yuqorida kiritilgan. Geometrik tushuntirish ham berildi. Biz d qiymati haqida gapiramiz. Shubhasiz, bu qiymat qanchalik katta bo'lsa, moment g'ildirakning harakatlanishiga to'sqinlik qiladigan tayanchning reaktsiya kuchini shunchalik ko'p hosil qiladi.
Rolling qarshilik koeffitsienti d, statik va sirpanish ishqalanish koeffitsientlaridan farqli o'laroq, o'lchovli qiymatdir. U uzunlik birliklarida o'lchanadi. Jadvallarda odatda millimetrda beriladi. Misol uchun, po'lat relslarda dumalab ketuvchi poezd g'ildiraklari uchun d=0,5 mm. d qiymati ikki materialning qattiqligiga, g'ildirakdagi yukga, haroratga va boshqa omillarga bog'liq.
Dudmalash ishqalanish koeffitsienti
Uni oldingi d koeffitsienti bilan aralashtirib yubormang. Aylanma ishqalanish koeffitsienti Cr belgisi bilan belgilanadi va quyidagi formula yordamida hisoblanadi:
Cr=d/r
Bu tenglik Cr oʻlchamsiz ekanligini bildiradi. Aynan u ko'rib chiqilayotgan ishqalanish turi haqida ma'lumotni o'z ichiga olgan bir qator jadvallarda keltirilgan. Ushbu koeffitsient amaliy hisob-kitoblar uchun qulaydir,chunki u g'ildirak radiusini bilishni o'z ichiga olmaydi.
Cr ning qiymati aksariyat hollarda ishqalanish va dam olish koeffitsientlaridan kamroq. Masalan, asf altda harakatlanayotgan avtomobil shinalari uchun Cr qiymati bir necha yuzdan bir qism ichida (0,01 - 0,06). Biroq, shinalar o‘t va qumda tekislanganda (≈0,4) sezilarli darajada oshadi.
Fr
kuchi uchun olingan formulaning tahlili
Yuqoridagi ishqalanish kuchi formulasini yana yozamiz:
F=d/rP=fr
Tenglikdan shunday xulosa kelib chiqadiki, g'ildirakning diametri qanchalik katta bo'lsa, harakatni boshlash uchun F kuchini kamroq qo'llash kerak. Endi biz bu tenglikni Cr koeffitsienti orqali yozamiz, bizda:
fr=CrP
Ko'rib turganingizdek, ishqalanish kuchi tananing og'irligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bundan tashqari, P vaznining sezilarli darajada oshishi bilan Cr koeffitsientining o'zi o'zgaradi (u d ning ortishi tufayli ortadi). Aksariyat amaliy holatlarda Cr bir necha yuzdan birida joylashgan. O'z navbatida, toymasin ishqalanish koeffitsientining qiymati bir necha o'ndan birida yotadi. Dumalanish va sirpanish ishqalanish kuchlarining formulalari bir xil bo'lganligi sababli, dumaloq energiya nuqtai nazaridan foydali bo'lib chiqadi (fr kuchi sirpanish kuchidan kichikroq kattalik tartibidir. eng amaliy vaziyatlar).
Topish holati
Ko'pchiligimiz muz yoki loyda harakatlanayotganda avtomobil g'ildiraklarining sirpanib ketishi muammosiga duch kelganmiz. Nima sababdansodir bo'lmoqda? Bu savolga javob berishning kaliti aylanma va dam olish ishqalanish kuchlarining mutlaq qiymatlarining nisbatida yotadi. Keling, aylanish formulasini yana yozamiz:
F ≧ CrP
F kuchi aylanma ishqalanishdan katta yoki unga teng boʻlsa, gʻildirak aylana boshlaydi. Biroq, agar bu kuch statik ishqalanish qiymatidan oldinroq oshib ketsa, g'ildirak aylanadan oldinroq sirpanadi.
Shunday qilib, sirpanish effekti statik ishqalanish va dumalab ishqalanish koeffitsientlari nisbati bilan aniqlanadi.
Avtomobil g'ildiragining sirpanib ketishiga qarshi kurash usullari
Avtomobil gʻildiragining sirpanchiq yuzada (masalan, muzda) dumalab ishqalanishi Cr=0,01-0,06 koeffitsienti bilan tavsiflanadi. Xuddi shu tartib statik ishqalanish koeffitsienti uchun ham xosdir.
G'ildirak sirpanib qolish xavfini oldini olish uchun maxsus "qishki" shinalar qo'llaniladi, ularga metall shpiklar vidalanadi. Ikkinchisi muz yuzasiga urilib, statik ishqalanish koeffitsientini oshiradi.
Statik ishqalanishni oshirishning yana bir usuli - g'ildirak harakatlanadigan sirtni o'zgartirish. Masalan, unga qum yoki tuz seping.
