Үйкеліс күші – дененің кез келген қозғалысын болдырмайтын физикалық шама. Ол, әдетте, денелер қатты, сұйық және газ тәрізді заттарда қозғалғанда пайда болады. Үйкеліс күштерінің әртүрлі түрлері адам өмірінде маңызды рөл атқарады, өйткені олар денелердің жылдамдығының шамадан тыс артуына жол бермейді.
Үйкеліс күштерінің жіктелуі
Жалпы жағдайда үйкеліс күштерінің барлық түрлері үш түрмен сипатталады: сырғанау, домалау және тыныштық үйкеліс күші. Біріншісі статикалық, қалған екеуі динамикалық. Тыныштықтағы үйкеліс дененің қозғала бастауына кедергі жасайды, өз кезегінде, сырғанау кезінде, қозғалыс кезінде дене басқа дененің бетіне үйкелу кезінде үйкеліс пайда болады. Домалау үйкелісі дөңгелек зат қозғалғанда пайда болады. Мысал келтірейік. Бұл түрдің (айналмалы үйкеліс күші) жарқын мысалы - асфальттағы автомобиль дөңгелектерінің қозғалысы.
Үйкеліс күштерінің табиғаты екі дененің үйкеліс беттерінің арасында микроскопиялық кемшіліктердің болуы. Осы себепті, әсер ететін нәтиже күшқозғалатын немесе қозғала бастаған объект жанасатын денелердің бетіне перпендикуляр бағытталған N тіректің қалыпты реакциясы күшінің және F үйкеліс күшінің қосындысынан тұрады. Соңғысы параллель бағытталған. жанасу беті және дененің қозғалысына қарама-қарсы.
Екі қатты дене арасындағы үйкеліс
Үйкеліс күштерінің әртүрлі түрлері туралы мәселені қарастырған кезде екі қатты дене үшін келесі заңдылықтар байқалды:
- Үйкеліс күші тіреу бетіне параллель бағытталған.
- Үйкеліс коэффициенті жанасу беттерінің сипатына, сондай-ақ олардың жағдайына байланысты.
- Ең көп үйкеліс күші жанасу беттері арасында әрекет ететін қалыпты күшке немесе тірек реакциясына тура пропорционал.
- Бір денелер үшін үйкеліс күші дене қозғала бастағанға дейін үлкен болады, содан кейін дене қозғала бастағанда азаяды.
- Үйкеліс коэффициенті жанасу аймағына тәуелді емес және сырғанау жылдамдығына іс жүзінде тәуелді емес.
Заңдар
Қозғалыс заңдары бойынша тәжірибелік материалды қорытындылай отырып, біз үйкеліске қатысты келесі негізгі заңдарды анықтадық:
- Екі дененің арасындағы сырғанау кедергісі олардың арасындағы әрекет ететін қалыпты күшке пропорционал.
- Үскелетін денелер арасындағы қозғалысқа төзімділік олардың арасындағы жанасу аймағына байланысты емес.
Екінші заңды көрсету үшін келесі мысалды келтіруге болады: егер сіз блокты алып, оны бетінде сырғанау арқылы жылжытсаңыз, онда мұндай қозғалыс үшін қажетті күшблок ұзын жағымен бетінде жатқанда және ұшымен тұрғанда бірдей болады.
Физикадағы үйкеліс күштерінің әртүрлі түрлеріне қатысты заңдарды 15 ғасырдың аяғында Леонард да Винчи ашқан. Содан кейін олар ұзақ уақыт бойы ұмытылды, тек 1699 жылы оларды француз инженері Амонтон қайта ашты. Содан бері үйкеліс заңдары оның атымен аталады.
Үйкеліс күші неге тыныштықтағы сырғанау күшінен үлкен?
Үйкеліс күштерінің бірнеше түрін (тыныштық және сырғанау) қарастырған кезде, статикалық үйкеліс күші әрқашан статикалық үйкеліс коэффициенті мен тіректің реакция күшінің көбейтіндісіне тең немесе аз болатынын ескеру қажет. Осы үйкеліс материалдары үшін үйкеліс коэффициенті эксперименталды түрде анықталады және сәйкес кестелерге енгізіледі.
Динамикалық күш статикалық күш сияқты есептеледі. Тек осы жағдайда ғана үйкеліс коэффициенті сырғанау үшін арнайы қолданылады. Үйкеліс коэффициенті әдетте гректің Μ (mu) әрпімен белгіленеді. Осылайша, екі үйкеліс күшінің жалпы формуласы: Ftr=ΜN, мұндағы N – тірек реакция күші.
Үйкеліс күштерінің бұл түрлері арасындағы айырмашылықтың табиғаты нақты анықталған жоқ. Дегенмен, ғалымдардың көпшілігі статикалық үйкеліс күші сырғанау кезіндегі күштен жоғары деп есептейді, өйткені денелер бір-біріне қатысты біраз уақыт тыныштықта болған кезде олардың беттері арасында иондық байланыстар немесе беттердің жеке нүктелерінің микрофузиялары пайда болуы мүмкін. Бұл факторлар статиканың жоғарылауын тудырадыкөрсеткіш.
Үйкеліс күшінің бірнеше түріне және олардың көрінісіне мысал ретінде автомобиль қозғалтқышының цилиндріндегі поршеньді келтіруге болады, егер қозғалтқыш ұзақ уақыт бойы жұмыс істемесе, цилиндрге «дәнекерленген».
Көлденең сырғымалы корпус
Сыртқы күш Fin әсерінен сырғанау арқылы бет бойымен қозғала бастайтын дененің қозғалыс теңдеуін алайық. Бұл жағдайда денеге келесі күштер әсер етеді:
- Fv – сыртқы күш;
- Ftr – күшке қарсы бағыттағы үйкеліс күші Fv;
- N – абсолютті мәні бойынша Р денесінің салмағына тең және бетіне, яғни оған тік бұрышқа бағытталған тіректің реакциялық күші.
Барлық күштердің бағыттарын ескере отырып, осы қозғалыс жағдайы үшін Ньютонның екінші заңын жазамыз: Fv - Ftr=mа, мұндағы m – дене массасы, а – қозғалыстың үдеуі. Ftr=ΜN, N=P=mg, мұндағы g – еркін түсу үдеуі, біз мынаны аламыз: Fv – Μmg=ma. Сырғымалы дененің қозғалу үдеуін өрнектеп, мынаны аламыз: a=F, / m – Μg.
Қатты дененің сұйықтағы қозғалысы
Үйкеліс күштерінің қандай түрлері бар екенін қарастырған кезде физикадағы маңызды құбылысты атап өту керек, ол қатты дененің сұйықта қалай қозғалатынын сипаттайды. Бұл жағдайда біз сұйықтықтағы дененің жылдамдығына байланысты анықталатын аэродинамикалық үйкеліс туралы айтып отырмыз. Қозғалыстың екі түрі бар:
- Қашанқатты дене төмен жылдамдықпен қозғалады, бірі ламинарлы қозғалыс туралы айтады. Ламинарлық қозғалыстағы үйкеліс күші жылдамдыққа пропорционал. Сфералық денелер үшін Стокс заңы мысал болып табылады.
- Сұйықтықтағы дененің қозғалысы белгілі бір шекті мәннен жоғары жылдамдықта болған кезде, дененің айналасында сұйықтық ағындарынан құйындылар пайда бола бастайды. Бұл құйындар қозғалысқа кедергі келтіретін қосымша күш тудырады және нәтижесінде үйкеліс күші жылдамдықтың квадратына пропорционал болады.
Айналмалы үйкеліс күшінің табиғаты
Үйкеліс күштерінің түрлері туралы айтқанда, домалау үйкеліс күшін үшінші түрі деп атаған жөн. Ол дененің белгілі бір бетті домалап өтуі және осы дененің деформациясы және бетінің өзі пайда болған кезде көрінеді. Яғни, абсолютті деформацияланбайтын дене мен бет жағдайында домалау үйкеліс күші туралы айтудың қажеті жоқ. Толығырақ қарастырайық.
Айналмалы үйкеліс коэффициенті түсінігі сырғанау үшін ұқсас. Домалау кезінде денелердің беттері арасында сырғанау болмағандықтан, домалау үйкеліс коэффициенті сырғанаумен салыстырғанда әлдеқайда аз.
Коэффицентке әсер ететін негізгі фактор домалау үйкеліс күшінің түрі үшін механикалық энергияның гистерезисі болып табылады. Атап айтқанда, доңғалақ, ол жасалған материалға, сондай-ақ көтеретін жүкке байланысты қозғалыс кезінде серпімді деформацияланады. Серпімді деформацияның қайталанатын циклдары механикалық энергияның бір бөлігін жылу энергиясына ауыстыруға әкеледі. Сонымен қатар, байланыстызақымдануы, доңғалақ пен беттің жанасуының белгілі бір шектеулі байланыс аймағы бар.
айналмалы үйкеліс күшінің формуласы
Егер доңғалақты айналдыратын күш моменті үшін өрнекті қолдансақ, онда домалау үйкеліс күші Ftr.k.=Μ k N / R, мұнда N - тірек реакциясы, R - дөңгелектің радиусы, Μк – домалау үйкеліс коэффициенті. Осылайша, домалау үйкеліс күші радиусқа кері пропорционал болады, бұл үлкен дөңгелектердің кішкентайларға қарағанда артықшылығын түсіндіреді.
Бұл күштің доңғалақ радиусына кері пропорционалдылығы бірдей массасы бар және бірдей материалдан жасалған екі түрлі радиусты дөңгелектер жағдайында үлкенірек радиусы бар доңғалақ оңайырақ екенін көрсетеді. бұлд.
Айналмалы қатынас
Үйкеліс күшінің осы түріне арналған формулаға сәйкес Μk домалау үйкеліс коэффициентінің ұзындық өлшемі бар екенін аламыз. Ол негізінен жанасатын денелердің табиғатына байланысты. Домалау үйкеліс коэффициентінің радиусқа қатынасымен анықталатын шаманы домалау коэффициенті деп атайды, яғни Ck=Μk / R – өлшемсіз шама.
Айналу коэффициенті Ck сырғанау үйкеліс коэффициентінен Μtr айтарлықтай аз. Сондықтан, үйкеліс күшінің қай түрі ең аз деген сұраққа жауап бергенде, біз домалау үйкеліс күшін қауіпсіз деп атауға болады. Осы фактінің арқасында доңғалақты ойлап табу технологиялық прогрестің маңызды қадамы болып саналады.адамгершілік.
Айналмалы коэффициент жүйеге тән және келесі факторларға байланысты:
- дөңгелектің және беттің қаттылығы (қозғалыс кезінде пайда болатын денелердің деформациясы неғұрлым аз болса, домалау коэффициенті соғұрлым төмен болады);
- дөңгелектің радиусы;
- дөңгелекке әсер ететін салмақ;
- жанасу бетінің ауданы және оның пішіні;
- дөңгелегі мен бетінің жанасу аймағындағы тұтқырлық;
- дене температурасы
