Qattiq jismlar fizikasi - bu juda ko'p turli xil harakat turlarini o'rganadigan fan. Ularning asosiylari - translatsiya harakati va sobit o'q bo'ylab aylanish. Ularning kombinatsiyalari ham mavjud: erkin, tekis, egri chiziqli, bir xil tezlashtirilgan va boshqa navlar. Har bir harakatning o'ziga xos xususiyatlari bor, lekin, albatta, ular orasida o'xshashliklar mavjud. Qaysi harakatni aylanma deb atalishini ko'rib chiqing va bunday harakatga misollar keltiring, tarjima harakati bilan o'xshashlik keltiring.
Amaldagi mexanika qonunlari
Bir qarashda, biz kundalik faoliyatda misol qilib yuradigan aylanish harakati mexanika qonunlarini buzayotgandek tuyuladi. Bu qoidabuzarlikda nima gumon qilinishi mumkin va qanday qonunlar?
Masalan, inersiya qonuni. Har qanday jism, agar unga muvozanatsiz kuchlar ta'sir qilmasa, u tinch holatda bo'lishi yoki bir tekis to'g'ri chiziqli harakatini amalga oshirishi kerak. Ammo agar siz globusni yon tomonga sursangiz, u aylana boshlaydi. VaAgar ishqalanish bo'lmaganida, u abadiy aylanadi. Aylanish harakatining ajoyib namunasi singari, globus ham hech kim tomonidan sezilmaydigan doimiy ravishda aylanadi. Bu holatda Nyutonning birinchi qonuni amal qilmaydi ekan? Bu emas.
Nima harakat qiladi: nuqta yoki tana
Aylanish harakati oldinga harakatdan farq qiladi, lekin ular orasida umumiy jihatlar ko'p. Ushbu turlarni taqqoslash va solishtirishga arziydi, tarjima va aylanish harakati misollarini ko'rib chiqing. Boshlash uchun, moddiy jismning mexanikasi va moddiy nuqta mexanikasi o'rtasida qat'iy farqlash kerak. Tarjima harakatining ta'rifini eslang. Bu tananing shunday harakati bo'lib, uning har bir nuqtasi bir xil tarzda harakat qiladi. Bu shuni anglatadiki, jismoniy tananing barcha nuqtalari vaqtning har bir aniq momentida kattalik va yo'nalish bo'yicha bir xil tezlikka ega va bir xil traektoriyalarni tavsiflaydi. Demak, jismning translatsion harakatini bir nuqtaning harakati, toʻgʻrirogʻi, uning massa markazining harakati deb hisoblash mumkin. Agar boshqa jismlar bunday jismga (moddiy nuqta) ta'sir qilmasa, u tinch holatda yoki to'g'ri chiziqda va bir tekisda harakat qiladi.
Hisoblash uchun formulalarni solishtirish
Jismlarning (globus, g'ildirak) aylanish harakati misollari shuni ko'rsatadiki, jismning aylanishi burchak tezligi bilan tavsiflanadi. U vaqt birligida qaysi burchakka burilishini ko'rsatadi. Texnikada burchak tezligi ko'pincha daqiqada aylanishlarda ifodalanadi. Agar burchak tezligi doimiy bo'lsa, u holda tananing bir xilda aylanishini aytishimiz mumkin. Qachonburchak tezligi bir xilda ortadi, keyin aylanish bir xil tezlashtirilgan deb ataladi. Tarjima va aylanish harakatlari qonunlarining o'xshashligi juda muhimdir. Faqat harf belgilari farqlanadi va hisoblash formulalari bir xil. Bu jadvalda aniq ko'rinib turibdi.
| Oldinga harakat | Aylanma harakati | |
|
Tezlik v Yoʻl s Vaqt t Tezlashuv a |
Burchak tezligi ō Burchak almashinuvi ph Vaqt t Burchak tezlanishi ą |
|
| s=vt | ph=ōt | |
|
v=at S=at2 / 2 |
ō=ąt ph=ąt2 / 2 |
Tarjima va aylanish harakati kinematikasidagi barcha vazifalar xuddi shu formulalar yordamida hal qilinadi.
Birikish kuchining roli
Fizikadagi aylanish harakati misollarini ko'rib chiqamiz. Keling, bitta moddiy nuqtaning harakatini olaylik - rulmandan og'ir metall shar. Uni aylana bo'ylab harakatlantirish mumkinmi? Agar siz to'pni tursangiz, u to'g'ri chiziqda aylanadi. Siz to'pni har doim qo'llab-quvvatlab, aylana bo'ylab haydashingiz mumkin. Lekin faqat qo'lini olib tashlash kerak va u to'g'ri chiziqda harakat qilishni davom ettiradi. Bundan xulosa kelib chiqadiki, nuqta aylana bo'ylab faqat kuch ta'sirida harakatlanishi mumkin.
Bu moddiy nuqtaning harakati, lekin qattiq jismda bittasi yo'qnuqta, lekin to'plam. Ular bir-biriga bog'langan, chunki ular ustida birlashtiruvchi kuchlar ta'sir qiladi. Aylana orbitadagi nuqtalarni ushlab turadigan bu kuchlardir. Birlashtiruvchi kuch bo'lmaganda, aylanuvchi jismning moddiy nuqtalari aylanayotgan g'ildirakdan uchib ketgan tuproq kabi bir-biridan uchib ketadi.
Chiziqli va burchakli tezliklar
Bu aylanish harakati misollari aylanma va translatsiya harakati oʻrtasida yana bir parallel chizish imkonini beradi. Tarjima harakati paytida tananing barcha nuqtalari ma'lum bir vaqtning o'zida bir xil chiziqli tezlikda harakat qiladi. Jism aylanganda uning barcha nuqtalari bir xil burchak tezligida harakatlanadi. Aylanuvchi g'ildirakning shpiklari misol bo'ladigan aylanish harakatida aylanuvchi shpalning barcha nuqtalarining burchak tezligi bir xil bo'ladi, lekin chiziqli tezliklar har xil bo'ladi.
Tezlashuv hisobga olinmaydi
Esingizda bo'lsin, nuqtaning aylana bo'ylab bir tekis harakatida doimo tezlanish mavjud. Bunday tezlanish markazga intiluvchi deyiladi. Bu faqat tezlik yo'nalishidagi o'zgarishlarni ko'rsatadi, lekin tezlik modulining o'zgarishini tavsiflamaydi. Shuning uchun biz bir burchak tezligi bilan bir tekis aylanish harakati haqida gapirishimiz mumkin. Texnikada elektr generatorining volan yoki rotorining bir tekis aylanishi bilan burchak tezligi doimiy hisoblanadi. Jeneratorning faqat doimiy sonidagi aylanishlari tarmoqdagi doimiy kuchlanishni ta'minlashi mumkin. Va volanning bunday aylanishlari mashinaning silliq va tejamkor ishlashini kafolatlaydi. Unda misollari yuqorida keltirilgan aylanish harakati markazga yoʻn altirilgan tezlanishni hisobga olmagan holda faqat burchak tezligi bilan tavsiflanadi.
Kuch va uning momenti
Tarjima va aylanish harakati o'rtasida yana bir parallellik mavjud - dinamik. Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra, jism tomonidan qabul qilingan tezlanish qo'llaniladigan kuchning tananing massasiga bo'linishi sifatida aniqlanadi. Aylanish vaqtida burchak tezligining o'zgarishi kuchga bog'liq. Darhaqiqat, gaykani burama qilishda hal qiluvchi rolni bu kuch qo'llaniladigan joyda emas, balki kuchning aylanish harakati o'ynaydi: gaykaning o'ziga yoki kalit dastagiga. Shunday qilib, tananing aylanishi paytida translatsiya harakati uchun formuladagi kuch ko'rsatkichi kuch momentining ko'rsatkichiga mos keladi. Vizual ravishda bu jadval ko'rinishida ko'rsatilishi mumkin.
| Oldinga harakat | Aylanma harakati |
| Quvvat F |
Kuch momenti M=Fl, bu yerda l - elka kuchi |
| Ish A=Fs | Ish A=Mph |
| Quvvat N=Fs/t=Fv | Quvvat N=Mph/t=Mō |
Tananing massasi, uning shakli va inersiya momenti
Yuqoridagi jadval Nyutonning ikkinchi qonuni formulasi boʻyicha taqqoslanmaydi, chunki bu qoʻshimcha tushuntirishni talab qiladi. Ushbu formulada tananing inertsiya darajasini tavsiflovchi massa ko'rsatkichi mavjud. Jism aylanganda uning inertsiyasi uning massasi bilan tavsiflanmaydi, balki inersiya momenti kabi miqdor bilan belgilanadi. Bu ko'rsatkich to'g'ridan-to'g'ri tana vazniga emas, balki uning shakliga bog'liq. Ya'ni, tananing massasi kosmosda qanday taqsimlanganligi muhimdir. Har xil shakldagi jismlar bo'ladiinersiya momentining turli qiymatlariga ega.
Moddiy jism aylana atrofida aylanganda uning inersiya momenti aylanuvchi jismning massasi va aylanish oʻqi radiusi kvadratining koʻpaytmasiga teng boʻladi. Agar nuqta aylanish o'qidan ikki marta uzoqroq harakat qilsa, u holda inersiya momenti va aylanish barqarorligi to'rt marta ortadi. Shuning uchun volanlar katta qilib ishlab chiqariladi. Ammo g'ildirakning radiusini haddan tashqari oshirib bo'lmaydi, chunki bu holda uning halqasi nuqtalarining markazlashtirilgan tezlashishi ortadi. Ushbu tezlanishni hosil qiluvchi molekulalarning birikish kuchi ularni aylana yo‘lda ushlab turish uchun yetarli bo‘lmasligi mumkin va g‘ildirak yiqilib tushadi.
Yakuniy taqqoslash
Aylanma va translatsiya harakati o'rtasida parallellik o'tkazganda shuni tushunish kerakki, aylanish jarayonida tana massasining rolini inersiya momenti o'ynaydi. Shunda Nyutonning ikkinchi qonuniga mos keladigan aylanish harakatining dinamik qonuni kuch momenti inersiya momenti va burchak tezlanishining mahsulotiga teng ekanligini aytadi.
Endi siz tarjima va aylanish harakatida dinamika, impuls va kinetik energiyaning asosiy tenglamasining barcha formulalarini solishtirishingiz mumkin, ularning hisoblash misollari allaqachon ma'lum.
| Oldinga harakat | Aylanma harakati |
|
Dinamikaning asosiy tenglamasi F=ma |
Dinamikaning asosiy tenglamasi M=Ią |
|
Impuls p=mv |
Impuls p=Iō |
|
Kinetik energiya Ek=mv2 / 2 |
Kinetik energiya Ek=Iť2 / 2 |
Progressiv va aylanma harakatlarning umumiy tomonlari bor. Faqatgina ushbu turlarning har birida jismoniy miqdorlar qanday harakat qilishini tushunish kerak. Muammolarni yechishda juda o'xshash formulalar qo'llaniladi, ularning taqqoslashi yuqorida keltirilgan.
