Физика – динамиканың арнайы тарауында денелердің қозғалысын зерттегенде қозғалыстағы жүйеге әсер ететін күштерді қарастырады. Соңғысы оң және теріс жұмыстарды орындай алады. Осы мақалада үйкеліс күшінің жұмысы және оның қалай есептелетінін қарастырыңыз.
Физикадағы жұмыс түсінігі
Физикада «жұмыс» ұғымы бұл сөздің қарапайым идеясынан ерекшеленеді. Жұмыс күш векторының скаляр көбейтіндісіне және дененің орын ауыстыру векторына тең болатын физикалық шама деп түсініледі. F¯ күші әрекет ететін қандай да бір объект бар делік. Оған басқа күштер әсер етпейтіндіктен, оның l¯ орын ауыстыру векторы F¯ векторымен бағытта сәйкес келеді. Бұл жағдайда бұл векторлардың скаляр көбейтіндісі олардың модульдерінің көбейтіндісіне сәйкес болады, яғни:
A=(F¯l¯)=Fl.
А мәні - объектіні l қашықтыққа жылжыту үшін F¯ күшінің атқаратын жұмысы. F және l мәндерінің өлшемдерін ескере отырып, жұмыс SI жүйесінде метрге Ньютонмен (Nм) өлшенетінін анықтаймыз. Дегенмен, бірлікNm өз атауы бар - бұл джоуль. Бұл жұмыс ұғымы энергия ұғымымен бірдей дегенді білдіреді. Басқаша айтқанда, егер 1 Ньютон күш денені 1 метрге жылжытса, онда сәйкес энергия шығындары 1 Джоуль болады.
Үйкеліс күші дегеніміз не?
Үйкеліс күшінің жұмысы туралы сұрақты зерттеу, егер біз қандай күш туралы айтып жатқанымызды білсеңіз мүмкін болады. Физикадағы үйкеліс - бұл беттер жанасу кезінде бір дененің екінші дененің бетінде кез келген қозғалысын болдырмайтын процесс.
Егер тек қатты денелерді қарастыратын болсақ, онда олар үшін үйкелістің үш түрі бар:
- демалу;
- слип;
- домалақтау.
Бұл күштер жанасу беттері арасында әрекет етеді және әрқашан денелердің қозғалысына қарсы бағытталған.
Тыныштық үйкелісі қозғалыстың өзін болдырмайды, сырғанау үйкелісі қозғалыс процесінде денелердің беттері бір-бірінің үстінен сырғанау кезінде көрінеді, ал домалау үйкелісі бетінде домалап тұрған дене мен беттің өзі арасында болады.
Статикалық үйкеліс әрекетінің мысалы ретінде таудың баурайында қол тежегішінде тұрған көлікті келтіруге болады. Сырғанау үйкелісі шаңғышы қарда немесе конькиші мұзда қозғалғанда көрінеді. Соңында, көлік дөңгелегі жолда қозғалып келе жатқанда, домалау үйкелісі әрекет етеді.
Үйкелістің барлық үш түріне арналған күштер келесі формула арқылы есептеледі:
Ft=µtN.
Мұнда N – тірек реакция күші, µt – үйкеліс коэффициенті. Күш Нбетінің жазықтығына перпендикуляр денеге тірек әсерінің шамасын көрсетеді. µt параметріне келетін болсақ, ол үйкеліс материалдарының әрбір жұбы үшін эксперименталды түрде өлшенеді, мысалы, ағаш-ағаш, болат-қар және т.б. Өлшенген нәтижелер арнайы кестелерде жиналады.
Әр үйкеліс күші үшін µt коэффициентінің таңдалған материалдар жұбы үшін өз мәні болады. Осылайша, статикалық үйкеліс коэффициенті сырғанау үйкелісіне қарағанда бірнеше ондаған пайызға артық. Өз кезегінде, жылжу коэффициенті сырғанаудан 1-2 рет төмен.
Үйкеліс күштерінің жұмысы
Енді жұмыс ұғымдарымен және үйкеліс түрлерімен танысқаннан кейін мақаланың тақырыбына тікелей өтуге болады. Үйкеліс күштерінің барлық түрлерін ретімен қарастырып, олардың қандай жұмыс істейтінін анықтайық.
Статикалық үйкелістен бастайық. Бұл түрі дене қозғалмаған кезде көрінеді. Қозғалыс болмағандықтан, оның орын ауыстыру векторы l¯ нөлге тең. Соңғысы статикалық үйкеліс күшінің жұмысы да нөлге тең екенін білдіреді.
Жылжымалы үйкеліс, анықтамасы бойынша, дене кеңістікте қозғалған кезде ғана әрекет етеді. Үйкелістің бұл түрінің күші әрқашан дененің қозғалысына қарсы бағытталғандықтан, ол теріс жұмыс жасайды дегенді білдіреді. А мәнін мына формула арқылы есептеуге болады:
A=-Ftl=-µtNl.
Жылжымалы үйкеліс күшінің жұмысы дененің қозғалысын бәсеңдетуге бағытталған. Осы жұмыстың нәтижесінде дененің механикалық энергиясы жылуға айналады.
Айналмалы үйкеліс, сырғу сияқты, дене қозғалысын да қамтиды. Домалау үйкеліс күші дененің бастапқы айналуын бәсеңдететін теріс жұмыс жасайды. Әңгіме дененің айналуы туралы болғандықтан, бұл күштің жұмысының мәнін оның импульсінің жұмысы арқылы есептеу ыңғайлы. Сәйкес формула былай жазылады:
A=-Mθ мұндағы M=FtR.
Мұндағы θ - айналу нәтижесіндегі дененің айналу бұрышы, R - бетінен айналу осіне дейінгі қашықтық (дөңгелектің радиусы).
Жылжымалы үйкеліс күші мәселесі
Ағаш блок көлбеу ағаш ұшақтың шетінде екені белгілі. Ұшақ көкжиекке 40o бұрышпен көлбеу. Сырғанау үйкелісінің коэффициенті 0,4, жазықтықтың ұзындығы 1 метр, ал сырғанақтың массасы 0,5 кг-ға сәйкес келетінін біле отырып, сырғанау үйкелісінің жұмысын табу керек.
Сырғанақ үйкеліс күшін есептеңіз. Ол мынаған тең:
Ft=mgcos(α)µt=0,59,81cos(40 o)0, 4=1,5 N.
Онда сәйкес А жұмысы болады:
A=-Ftl=-1,51=-1,5 Дж.
Айналмалы үйкеліс мәселесі
Дөңгелектің жол бойымен біраз жерге домалап, тоқтағаны белгілі. Доңғалақтың диаметрі 45 см. Дөңгелектің тоқтағанға дейінгі айналым саны 100. Домалау коэффициентін 0,03-ке тең ескере отырып, домалау үйкеліс күшінің жұмысы неге тең екенін табу керек. Дөңгелектің массасы 5 кг.
Алдымен домалау үйкеліс моментін есептейік:
M=FtR=µtmgD/2=0,0359, 81 0, 45/2=0, 331 Нм.
Егер доңғалақ жасаған айналымдар санын 2pi радианға көбейтсе, онда дөңгелектің θ айналу бұрышын аламыз. Сонда жұмыс формуласы:
A=-Mθ=-M2pin.
Мұндағы n - айналымдар саны. Шарттан M моментін және n санын қойып, қажетті жұмысты аламыз: A=- 207,87 Дж.
