«Күш» ұғымдарының алуан түрлілігі бар. Ол ғылым мен өмірдің әртүрлі салаларында қолданылады. Ең кеңірек анықтама физикада берілген.
Анықтама 1
Физикада күш әртүрлі денелердің өзара әрекеттесуінің өлшемі болып табылады.
Қоршаған дүниедегі барлық денелер бір-біріне әсер етеді. Мұндай әрекеттесу белгілі бір күштердің әсерінен туындайды. Бұл қуат процестері тікелей байланысты:
- өзгеру жылдамдығымен;
- дене деформациясымен.
Күш формуласы белгілі бір математикалық модельді құрайды, оған сәйкес күштің негізгі параметрлерге тәуелділігін зерттеу тарихы орын алады. Зерттеудің нәтижесі осындай тәуелділіктің бар екендігінің эксперименттік дәлелі болуы керек.
SI жүйесінде күштің өзіндік өлшем бірлігі бар. Бұл көрсеткішті анықтау үшін арнайы ғылыми аппаратура қолданылады. Күшті өлшеуге арналған ең қарапайым құрылғы - динамометр.
Бұл құрылғы денеге әсер ететін күшті күш өлшегіште орнатылған серіппенің серпімді күшімен салыстырады.
Күш векторлық шама болып табылады және анықталады:
- қолдану нүктесі;
- әрекет бағыты;
- абсолютті мән.
Анықтама 2
1 Ньютон (Н) күш - бұл әсерінен салмағы 1 кг дене бір секундта өз жылдамдығын 1 метрге өзгертетін күш.
Күшті сипаттау кезінде оның параметрлерін көрсету керек.
Қысым күші
Табиғи шығу тегі бар өзара әрекеттесулердің бірнеше түрі бар:
- гравитациялық әрекеттесу;
- электромагниттік әсерлесулер;
- әлсіз және күшті өзара әрекеттесу.
Олар массасы бар кез келген денені қоршайды. Ауырлық күші - бұл бүкіләлемдік тартылыс күші, соның ішінде оның түрлері. Қазіргі уақытта Ғаламдағы гравитациялық өрістердің өзара әрекеттесуі белсенді түрде зерттелуде және зерттеулер көптеген сұрақтарға, соның ішінде мұндай күштердің пайда болуы мен өмір сүруіне қатысты сұрақтарға дәл жауап бере алмайды. Ғаламдық өрістің көзі әлі табылған жоқ, бірақ гравитациялық күштердің едәуір бөлігі атом деңгейіндегі электромагниттік әсерлесуден туындайтыны белгілі. Өздеріңіз білетіндей, барлық заттар атомдар мен молекулалардан тұрады. Бұл факт осы саладағы барлық заманауи зерттеулердің негізі болды.
Денелер Жер бетімен әрекеттескенде, тартылыс күштері қысым жасайды. Қысым күші дененің массасымен (m) анықталады және оны $P=mg$ формуласынан көруге болады, мұндағы g - ауырлық күшінің үдеуі. Бұл мән планетаның әртүрлі ендіктерінде әртүрлі көрсеткіштерге ие.
Тік қысым күші абсолютті шамада тең, бірақ серпімділік күшінің бағытына қарама-қарсы. Бұл жағдайда күш формуласы дененің қозғалысына байланысты өзгереді.
Дене салмағы әдетте Жермен әрекеттескеннен кейін дененің тірекке әрекеті ретінде көрсетіледі. Дене салмағының мөлшері тік бағытта болатын қозғалыстың үдеуіне байланысты. Үдеу бағыты өзгерген кезде салмақтың жоғарылауы байқалады. Ол ауырлық күшінің үдеуіне қарама-қарсы бағытта әрекет етуі керек. Дененің жылдамдауы кезінде салмақтың төмендеуі байқалады. Ол еркін түсу бағытымен сәйкес келуі керек.
Серпімділік күші
Дене пішіні деформацияланған кезде басқа күш пайда болады. Ол денені бастапқы қалпына келтіруге бағытталған. Серпімділік күші бөлшектердің электрлік әсерлесуінен туындауы мүмкін. Деформацияның екі негізгі түрі бар: қысу және созылу. Созылған кезде дененің сызықтық өлшемдері ұлғаяды. Қысу кері процесспен сипатталады, оның барысында дененің сызықтық өлшемдерінің төмендеуі байқалады.
Серпімділік күшінің формуласы келесідей:
Ол тек серпімді деформация процестері үшін қолданылады.
Магнит өрісінің токпен әрекеттесуі
Ампер заңы магнит өрісінің оған орналастырылған тогы бар өткізгішке әсерін сипаттайды.
Күштің көріністері магнит өрісі мен қозғалыстағы электр зарядының өзара әрекеттесуінен туындайды.
Ампер қуаты мына формуламен анықталады:
- $I$ - өткізгіштегі ток күші,
- $l$ – өткізгіштің белсенді бөлігінің ұзындығы,
- $В$ – магниттік индукция.
Бұл тәуелділік магнит өрісінің әсер ету векторы өткізгіш бұрылғанда, сондай-ақ ток бағыты өзгергенде өзгеретінін болжайды.
Лоренц күші
Элементар бөлшектерді зерттеуде магнит өрісінің зарядпен әрекеттесу деңгейі тіркелетін спектрографтардың мәліметтері белсенді қолданылады. Мұндай процесте Лоренц өзінің теңдеуін қолданып сипаттаған басқа күш пайда болады. Ол зарядталған бөлшек магнит өрісіне еніп, белгілі бір жылдамдықпен қозғалғанда пайда болады.
Лоренц күші мына формуламен анықталады:
$F = vBqsinα$, мұндағы:
- $v$ – бөлшектер жылдамдығының модулі,
- $В$ – магнит өрісінің индукциясы,
- $q$ – зерттелетін бөлшектің электр заряды.
Бұл күш зарядталған бөлшекті шеңбер бойымен жылжытады.
Магнит өрісі мен заттың өзара әрекеттесуі циклотрондарда қолданылады, олар термоядролық реакция процесін тудыруға тырысады, бірақ энергияның жаңа көзін құрудың тиімді жолы әлі жоқ.
Күштің ағымдағы күші және жұмысы
Анықтама 3
Ток күші - өткізгіштегі ток ағынын сипаттайтын негізгі шама.
$I = q/t$ формуласы, мұндағы $q$ - заряд, $t$ - ағын уақыты, өткізгіштің көлденең қимасы арқылы уақыт бірлігінде өтетін зарядты қамтиды.
Күш жұмысы – күш пен орын ауыстырудың көбейтіндісіне сан жағынан тең физикалық шама. Оған әсер ету арқылы қол жеткізу керек. Затқа әсер ететін күш жұмысты орындаумен бірге жүреді.
Жұмыс күші келесі формуламен өрнектеледі $A = FScosα$, оған күштің шамасы кіреді. Дененің әрекеті дененің жылдамдығы өзгергенде, сондай-ақ ықтимал деформация кезінде пайда болады. Бұл энергияда бір мезгілде өзгерістер бар дегенді білдіреді. Күштің атқаратын жұмысы оның шамасына тікелей тәуелді.
Динамика есептерін шешу кезінде біз негізінен келесі тұрақты немесе айнымалы күштерді қарастырамыз (айнымалы күштердің өзгеру заңдылықтары, әдетте, тәжірибе жүзінде белгіленеді).
Ауырлық. Бұл жер бетіне жақын орналасқан кез келген денеге әсер ететін тұрақты P күші (толығырақ, § 92 қараңыз). Ауырлық күшінің модулі дене салмағына тең.
Тәжірибе көрсеткендей, Р күшінің әсерінен Жерге еркін түсетін кез келген дененің (кішігірім биіктіктен және ауасыз кеңістікте) ауырлық күшінің үдеуі, кейде ауырлық күшінің үдеуі деп аталатын бірдей үдеуі g болады.
Сонда (D) теңдеуінен мынандай нәтиже шығады
Бұл теңдіктер дененің массасын біле отырып, оның салмағын (оған әсер ететін ауырлық күшінің модулін) анықтауға немесе дененің салмағын біле отырып, оның массасын анықтауға мүмкіндік береді. Дене салмағы немесе ауырлық күші, g мәні сияқты, ендік пен биіктікке қарай өзгереді; масса – берілген дене үшін тұрақты шама.
Үйкеліс күші. Қозғалыстағы денеге әсер ететін (сұйық жағармай болмаған кезде) сырғанау үйкеліс күшін қысқаша осылай атаймыз. Оның модулі теңдікпен анықталады (§ 23 қараңыз)
мұндағы f – үйкеліс коэффициенті, біз оны тұрақты деп санаймыз; N – қалыпты реакция.
Ауырлық күші. Бұл Ньютон ашқан бүкіләлемдік тартылыс заңы бойынша екі материалдық дененің бір-біріне тартылу күші. Ауырлық күші қашықтыққа тәуелді және массалары бір-бірінен қашықтықта орналасқан екі материалдық нүкте үшін ол теңдікпен өрнектеледі.
Мұндағы f – гравитациялық тұрақты (in).
Серпімділік күші. Бұл күш қашықтыққа да байланысты. Оның мәнін Гук заңы негізінде анықтауға болады, оған сәйкес кернеу (аудан бірлігіне келетін күш) деформацияға пропорционал. Атап айтқанда, серіппенің серпімділік күші үшін біз мәнді аламыз
серіппенің ұзаруы (немесе қысылуы) қайда; c - серіппелі қаттылық коэффициенті деп аталады (СИ-де өлшенеді).
Тұтқыр үйкеліс күші. Бұл жылдамдыққа тәуелді күш денеге өте тұтқыр ортада (немесе сұйық майлаушы заттың қатысуымен) баяу қозғалғанда әсер етеді және оны теңдікпен көрсетуге болады.
мұндағы v – дененің жылдамдығы; - қарсылық коэффициенті. (7) түріндегі тәуелділікті Ньютон ашқан тұтқыр үйкеліс заңы негізінде алуға болады.
Аэродинамикалық (гидродинамикалық) кедергі күші.
Бұл күш жылдамдыққа да байланысты және қозғалатын денеге, мысалы, ауа немесе су сияқты ортаға әсер етеді. Әдетте оның мәні теңдікпен көрсетіледі
ортаның тығыздығы қайда; - дененің қозғалыс бағытына перпендикуляр жазықтыққа проекциясының ауданы (ортаңғы қима ауданы); - өлшемсіз кедергі коэффициенті, әдетте эксперименттік түрде анықталады және дененің пішініне және қозғалыс кезінде қалай бағытталғанына байланысты.
Инерциялық және гравитациялық массалар. Берілген дененің массасын тәжірибе жүзінде анықтау үшін (1) заңынан шығуға болады, мұнда масса инерция өлшемі ретінде қосылады, сондықтан инерциялық масса деп аталады. Бірақ біз (5) заңынан бастай аламыз, мұнда масса дененің гравитациялық қасиеттерінің өлшемі ретінде қосылады және сәйкесінше гравитациялық (немесе ауыр) масса деп аталады. Негізінде, еш жерден инерциялық және гравитациялық массалар бірдей шаманы білдіреді деген қорытынды шықпайды. Дегенмен, бірқатар эксперименттер екі массаның мәндерінің өте жоғары дәлдік дәрежесіне сәйкес келетінін анықтады (кеңестік физиктер жүргізген эксперименттерге сәйкес (1971), дәлдікпен). Бұл эксперименталды түрде анықталған факт эквиваленттілік принципі деп аталады. Эйнштейн мұны өзінің жалпы салыстырмалылық теориясына (тартылыс теориясы) негіздеді.
Жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып, механикада олар массаны дененің инерциясы мен оның гравитациялық қасиеттерінің өлшемі ретінде анықтайтын жалғыз «масса» терминін пайдаланады.
Табиғатта күштердің төрт түрі бар: гравитациялық, электромагниттік, ядролық және әлсіз.
Гравитациялық күштер немесе ауырлық,барлық органдар арасында әрекет етеді. Бірақ бұл күштер, егер денелердің кем дегенде біреуінің планеталардың өлшемімен салыстырылатын өлшемдері болса, байқалады. Қарапайым денелер арасындағы тартылыс күштері соншалықты аз, сондықтан оларды елемеуге болады. Сондықтан планеталар арасындағы, сондай-ақ планеталар мен Күннің немесе өте үлкен массасы бар басқа денелердің арасындағы өзара әрекеттесу күштерін гравитациялық деп санауға болады. Бұл жұлдыздар, планеталардың серіктері және т.б.
Электромагниттік күштер электр заряды бар денелер арасындағы әрекет.
Ядролық күштер(күшті) табиғаттағы ең күштілер. Олар атом ядроларының ішінде 10 -13 см қашықтықта әрекет етеді.
Әлсіз күштер, ядролық сияқты, 10 -15 см-ге дейінгі қысқа қашықтықта әрекет етеді.Олардың әрекеті нәтижесінде ядроның ішінде процестер жүреді.
Механика гравитациялық күштерді, серпімді күштерді және үйкеліс күштерін қарастырады.
Гравитациялық күштер
Гравитация сипатталған бүкіләлемдік тартылыс заңы. Бұл заң болдыортасында Ньютон белгілеген XVII В. «Натурфилософияның математикалық принциптері» еңбегінде.
Гравитация бойыншаКез келген материалдық бөлшектер бір-бірін тартатын ауырлық күші деп аталады.
Материалдық бөлшектердің бір-бірін тарту күші олардың массаларының көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арасындағы қашықтықтың квадратына кері пропорционал. .
Г – гравитациялық тұрақты, сан жағынан бірлік массасы бар дененің бірлік массасы бірдей және одан бірлік қашықтықта орналасқан денеге әсер ететін тартылыс күшінің модуліне тең.
Г = 6,67384(80) 10 −11 м 3 с −2 кг −1, немесе N m² кг −2.
Жер бетінде тартылыс күші (гравитациялық күш) ретінде көрінеді ауырлық.
Көлденең бағытта лақтырылған кез келген зат әлі де құлайтынын көреміз. Жоғары лақтырылған кез келген зат төмен түседі. Бұл әрекет ететін ауырлық күшінің әсерінен болады Жер бетіне жақын орналасқан кез келген материалдық дене. Ауырлық күші денелерге және басқа астрономиялық денелердің беттеріне әсер етеді. Бұл күш әрқашан тігінен төмен бағытталған.
Ауырлық күшінің әсерінен дене планетаның бетіне үдеумен қозғалады, бұл деп аталады еркін түсу үдеуі.
Жер бетіндегі ауырлық күшінің үдеуін әріппен белгілейді g .
Фт = мг ,
демек,
g = Фт / м
g = 9,81 м/с 2 Жер полюстерінде және экваторда g = 9,78 м/с 2 .
Қарапайым физикалық есептерді шығарғанда, мәні g 9,8 м/с 2 тең деп есептеледі.
Классикалық ауырлық теориясы жылдамдығы жарық жылдамдығынан әлдеқайда төмен денелерге ғана қолданылады.
Серпімді күштер
Серпімді күштер деформация нәтижесінде денеде пайда болатын, оның пішінінің немесе көлемінің өзгеруін тудыратын күштер деп аталады. Бұл күштер әрқашан денені бастапқы қалпына келтіруге тырысады.
Деформация кезінде дененің бөлшектері ығысады. Серпімділік күші бөлшектердің орын ауыстыру бағытына қарама-қарсы бағытта бағытталған. Егер деформация тоқтаса, серпімділік күші жойылады.
Ньютонның замандасы ағылшын физигі Роберт Гук дененің серпімділік күші мен деформациясы арасындағы байланысты анықтайтын заңды ашты.
Дене деформацияланған кезде дененің ұзаруына тура пропорционал және деформация кезінде бөлшектердің қозғалысына қарама-қарсы бағытта болатын серпімділік күші пайда болады.
Ф = к ∆ л ,
Қайда Кімге – дененің қаттылығы, немесе серпімділік коэффициенті;
∆ л – серпімділік күштерінің әсерінен дененің ұзару шамасын көрсететін деформация мөлшері.
Гук заңы серпімді деформацияларға дененің ұзаруы аз болған кезде қолданылады және бұл деформацияны тудырған күштер жойылғаннан кейін дене өзінің бастапқы өлшемдерін қалпына келтіреді.
Егер деформация үлкен болса және дене бастапқы пішініне оралмаса, Гук заңы қолданылмайды. СағатӨте үлкен деформациялар дененің бұзылуына әкеледі.
Үйкеліс күштері
Үйкеліс бір дененің екінші дененің бетінде қозғалғанда пайда болады. Ол электромагниттік сипатқа ие. Бұл жанасатын денелердің атомдары мен молекулаларының өзара әрекеттесуінің салдары. Үйкеліс күшінің бағыты қозғалыс бағытына қарама-қарсы.
Айыру құрғақЖәне сұйықтықүйкеліс. Денелер арасында сұйық немесе газ тәріздес қабат болмаса үйкеліс құрғақ деп аталады.
Құрғақ үйкелістің айрықша белгісі денелер салыстырмалы тыныштықта болған кезде пайда болатын статикалық үйкеліс болып табылады.
Магнитудасы статикалық үйкеліс күштеріәрқашан сыртқы күштің шамасына тең және қарама-қарсы бағытта бағытталған. Статикалық үйкеліс күші дененің қозғалысын болдырмайды.
Өз кезегінде құрғақ үйкеліс үйкеліс болып бөлінеді сырғанаужәне үйкеліс домалау.
Егер сыртқы күштің шамасы үйкеліс күшінің шамасынан асып кетсе, онда сырғанау пайда болады да, жанасатын денелердің бірі екінші денеге қатысты алға жылжи бастайды. Ал үйкеліс күші деп аталады сырғанау үйкеліс күші. Оның бағыты сырғанау бағытына қарама-қарсы болады.
Сырғымалы үйкеліс күші денелердің бір-біріне басатын күшіне, үйкеліс беттерінің күйіне, қозғалыс жылдамдығына байланысты, бірақ жанасу аймағына тәуелді емес.
Бір дененің екінші дененің бетіндегі сырғанау үйкеліс күші мына формуламен есептеледі:
Ф tr. = k N ,
Қайда k – сырғанау үйкеліс коэффициенті;
Н – денеге бетінен әсер ететін қалыпты реакция күші.
Домалау үйкеліс күші беттің үстінен домалап жүретін дене мен беттің өзі арасында болады. Мұндай күштер, мысалы, автомобиль шиналары жол төсеміне тиген кезде пайда болады.
Домалау үйкеліс күшінің шамасы формула бойынша есептеледі
Қайда Фт – домалау үйкеліс күші;
f – домалау үйкеліс коэффициенті;
Р – домалау корпусының радиусы;
Н – басу күші.
Бұл «Күш түрлері» сабағында біз айналамызда әрекет ететін әртүрлі күштермен танысамыз, оларды сипаттап, есептерді шешу жолдарын үйренеміз. Біз бірден бірнеше күштің нәтиже күші туралы және денелердің өзара әрекеті туралы білеміз.
Денелер өзара әрекеттеседі және бұл әрекеттесулер дененің қозғалатынына және қалай қозғалатынына әсер етеді. Өзара әрекеттесу күштері үдеуді анықтайды. Бұл күштердің табиғаты қандай? Денені қолыңызбен итеруге болады, ол қозғалады - мұндай әрекетпен бәрі анық. Бірақ басқа да көптеген өзара әрекеттесулер бар. Мысалы, саусақтарымызды ашсақ, дене құлап қалады. Дене суға батқаннан гөрі ауада тезірек түседі. Бұл денеге қандай да бір күштер әсер ететінін білдіреді. Дене үстелде жатыр және оны басады - сонымен қатар өзара әрекеттесу. Заттар құрылымдық бөлшектерден тұрады - бұл бөлшектер бір-бірімен қандай да бір түрде әрекеттеседі. Осының барлығын қалай есепке алып, қалай есептеу керек деген сұрақ туындайды, өйткені біз: «Егер... ше?» деген сұраққа жауап беруіміз керек, құбылыстарды болжаймыз.
Кез келген екі дене тартады. Тартылыс құбылысын гравитация деп те атайды. Біз оны Жердің денелерді өзіне тартатынынан сезінеміз: ауыр нәрсені көтергенде ауырлық күшін жеңеміз, ал дене құлаған кезде оның әсерін байқаймыз. Тарту күші денелердің массасына және олардың арасындағы қашықтыққа байланысты. Жердің массасы өте үлкен, сондықтан денелер оған айтарлықтай тартылады. Сөредегі екі кітап та бір-біріне тартылады, бірақ массасы аз болғандықтан, біз оны байқамаймыз.
Ай бізді тарта ма? Ал Күн? Иә, бірақ үлкен қашықтыққа байланысты Жерден әлдеқайда аз. Біз Айдың тартылуын өзімізде сезбейміз, бірақ толқындардың құлдырауы мен ағыны Ай мен Күннің тартылуынан туындайды. Ал қара тесіктердің массасы сонша, олар тіпті жарықты тартады: өтіп бара жатқан сәулелер майысқан.
Барлық денелер тартады. Үстел үстінде жатқан денені алайық. Ол Жерге тартылады, бірақ орнында қалады. Тыныштық күйін сақтау үшін денеге әсер ететін күштер тепе-тең болуы керек. Бұл ауырлық күшін теңестіретін күш болуы керек дегенді білдіреді. Бұл жағдайда үстелдің денеге әсер ететін күші. Бұл күш деп аталды жердегі реакция күші(1-суретті қараңыз).
Бұл кезде дене үстелді басады. Егер дененің қалай қозғалатынын ескерсек, үстелге не болатыны бізге маңызды емес. Бірақ кестеде не болатынын қарастыратын болсақ, онда бұл әсерді ескеру қажет болады. Дененің тірекке немесе аспаға әсер ететін күші деп аталады салмақ:
Күріш. 1. Салмақ пен үстелдің өзара әрекеттесуі
Кез келген денені жылжыту үшін күш қолдану керек. Бұл жерде инерция жатыр. Егер біз үстелдегі салмақты жылжытуға тырыссақ, ол белгілі бір шекке дейін мүлдем қозғалмайды. Бұл дегеніміз, бұл жерде біздің әсерімізді теңестіретін белгілі бір күш пайда болады. Сол күші - үйкеліс күші:
Күріш. 2. Үйкеліс күші
Біз салмақ көтерген кезде ұқсас нәрсе болады. Ол да біздің күшіміз табалдырықтан асқанша әуелі көтерілмейді: мұнда бұл табалдырық Жердің тартылыс күші болып табылады.
Егер үстелдің орнына серіппе болса, ол қысылады және бұл денеге де әсер етеді. Дене үстелге немесе серіппеге әсер етеді, олар иіледі, олардың молекулалары ығысады (3-суретті қараңыз), ал молекулалар ығысқан кезде олардың арасында ары қарай деформацияны болдырмайтын итеру күштері пайда болады:
Күріш. 3. Итеру күші
Айырмашылығы мынада, үстелдің деформациясы көбінесе соншалықты кішкентай, оны байқау қиын, ал кейбір денелер серіппе немесе серпімді жолақ сияқты әлдеқайда деформацияланады. Сонымен қатар, мұндай дененің деформациясы арқылы ондағы пайда болған күшті бағалауға болады. Бұл есептеулер үшін ыңғайлы, сондықтан бұл күш бөлек зерттеледі - деп аталды серпімділік күші.
Егер дене судың бетіне қойылса ше? Суда көптеген заттар жеңілірек болады, яғни оларды «көтеретін» күш бар. Кейбір денелер үшін олардың бетінде қалқып тұруы жеткілікті - бұл көбік немесе ағаш бөлігі немесе кеме. Осы күштің арқасында біз жүзе аламыз. Бұл күш деп аталды Архимедтің күшімен.
Әрине, бұл жіктеу өте ерікті. Тірек реакция күші мен серпімділік күшінің табиғаты бірдей, бірақ оларды бөлек зерттеу ыңғайлы. Немесе мына жағдайды қарастырыңыз: салмақ тірекке жатады және жіппен жоғары қарай тартылады. Салмақ тірекке де, жіпке де әсер етеді – бұл күштердің қайсысы салмақ болып саналады, ал екінші күш қалай аталады? Екі күшті, олардың немен әрекет ететінін ескеру және мәселені атауларына қарамастан шешу маңызды. Жалпы алғанда, атомдардың өзара әрекеттесуі ғана бар, бірақ ыңғайлы болу үшін біз бірнеше модельдер ойлап таптық.
Тәжірибе жүргізуге болады: екі салмақты теңестіру үшін жіпке көлденең жолаққа іліңіз. Егер салмақтың біріне салмақ түсірсек, жүйе айналады, яғни салмақ пен салмақ бірін-бірі тартады. Бүкіләлемдік тартылыс заңы қолданылады.
Тартылыс заңы
Исаак Ньютон бүкіләлемдік тартылыс заңын тұжырымдаған:
Кез келген екі дене бір-біріне тартылады, ал тартылыс күші осы денелердің массасына тура пропорционал, ал олардың масса центрлерінің ара қашықтығына кері пропорционал. Бүкіләлемдік тартылыс заңы математикалық түрде былай жазылады:
мұндағы m (1,2) өзара әрекеттесетін денелердің массалары, және Р- олардың массалар центрлері арасындағы қашықтық. Бүкіләлемдік тартылыс күштерін тартылыс күштері және пропорционалдық коэффициенті деп те атайды Гбүкіләлемдік тартылыс заңында гравитациялық тұрақты деп аталады. Ол тең.
Бүкіләлемдік тартылыс заңын кез келген денелер арасындағы тартылыс күштерін есептеу үшін қолдануға болады. Сіз монитордың алдында отырсыз деп елестетіңіз. Монитордың массасы 2 кг, ал адамның массасы 70 кг делік, қашықтықты 1 м деп алайық.Сонда формула бойынша әсерлесу күші болады. Бұл соншалықты кішкентай, біз мұндай әлсіз өзара әрекеттесуді мүлдем байқамаймыз. Формуладағы G пропорционалдық коэффициенті өте аз мәнді қабылдайды, . Егер жерде тырнақ жатқан болса және оған магнит әкелсек, онда тырнақ планетаға қарағанда кішкентай магнитке күштірек тартылады. Алайда, егер екі аспан денесінің, мысалы, планеталардың өзара әрекеттесуін алсақ, онда үлкен массаларды формулаға ауыстыру керек болады, онда үлкен қашықтықтарға қарамастан, күш әлдеқайда үлкен болады. Ал Жердің жер бетіне жақын орналасқан шағын денелердің қозғалысына айтарлықтай әсері бар.
Ауырлықдененің Жерге тартылу күші . Әрине, басқа планеталар да гравитациялық әсерлеседі және олар үшін гравитацияны да есептеуге болады. Гравитациялық күштер, демек, ауырлық күші өзара әрекеттесетін денелердің массалар центрлерін қосатын кесіндінің бойымен бағытталған. Біз Жердің ортасына қарай бағытты «төмен» деп атауға дағдыланғанбыз.
Галилео Галилей эксперименталды түрде анықтады: Жер бетіне жақын барлық денелер бірдей үдеумен түседі. Денеге тек ауырлық күші әсер ететін жағдайды қарастырайық. Бұл күш Ньютонның екінші заңы бойынша денеге үдеу береді. Өйткені, дененің массасын арттырсақ, ауырлық күші де сол шамаға артады және формуладан дененің бірдей үдеумен қозғалатынын көреміз: Яғни, ауыр денелерді жылдамдықпен үдету. бірдей үдеу, көбірек күш қажет және оларға дәлірек әсер ететін ауырлық күші. Бұл гравитацияның әсерінен үдеу деп аталады. Жер үшін бұл шамамен 9,8 м/.
Бұл жеделдеуді «әрпімен белгілеу әдеттегідей. g" Ауырлық күшінің өзі көбінесе ретінде белгіленеді F ауырлық күші, немесе қысқаша F т. Ал күш тудыратын үдеу арқылы күштің өзін табуға болады:
Неліктен қағаз темірге қарағанда баяу түседі?
Біз тек ауырлық күші әсер ететін денелердің қозғалысын қарастырдық. Бұл күш барлық денелерге бірдей үдеу береді. Бірақ басқа күштердің әрекетін әрқашан елемеуге болмайды. Мысалы, белгілі бір дене пішінімен ауа кедергісінің күші айтарлықтай болады. Темір шарды және бірдей массаның мыжылған қағаз парағын алыңыз. Олардағы ауырлық күштері бірдей, бірақ қағазға ауа кедергісі қосымша әсер етеді, оны елемеуге болмайды, сондықтан қағаз басқа үдеумен қозғалады. Егер сіз темір мен қағазды ауасыз кеңістікке лақтырсаңыз, онда денеге тек ауырлық күші әсер ететін және екі дене де бірдей үдеумен құлайтын жағдайды қайта қарастыруға болады.
Дене үстелде жатса да, оған бірдей ауырлық күші әсер етеді, оны біз де формула арқылы есептейміз: масса ауырлық күшінің үдеуіне көбейтілген. Дене қозғалмай тұрғанда, үдетудің оған қандай қатысы бар сияқты? Демек, бұл денеге тек ауырлық күші әсер еткенде қозғалатын үдеу. Бұл үдеуден сіз күшті есептей аласыз, ол бірдей болады: .
«Жердің әртүрлі бөліктеріндегі еркін түсудің үдеуі»
Жалпы қабылданған «g» мәні, яғни еркін түсу үдеуі шамамен 9,8 м/с 2 тең тұрақты шама. Бірақ ескертумен: «біздің планетамыз үшін». Басқа аспан денелерінде тартылыс күштері де әрекет етеді, бірақ ондағы еркін түсу үдеуі біздікінен өзгеше. Мысалы, Марста гравитацияның әсерінен үдеу небәрі 3,71 м/с 2 құрайды.
Бірақ шын мәнінде, тіпті біздің планетада да бұл жеделдету Жердің әртүрлі жерлерінде әртүрлі мәндерге ие болады.
Белгілі 9,8 саны бүкіл планета үшін орташа мән болып табылады. Біздің планета, өздеріңіз білетіндей, дөңгелек емес, полюстерде сәл тегістелген. Ал дәл осы полюстерде ауырлық күшінің үдеуі басқа ендіктерге қарағанда сәл артық: полюстерде g = 9,832 м/с 2 , ал экваторда - 9,78 м/с 2 .
Бұл гравитацияның үдеуі Жердің центріне дейінгі қашықтыққа байланысты екендігімен түсіндіріледі.
Үдеуді табуға болатын формула: (денеге әсер ететін ауырлық күші, осы дененің массасына бөлінген). Гравитациялық әсерлесу күші: . — Жердің центрінен денеге дейінгі қашықтық, егер R — Жердің радиусы және дене бетінен h биіктікте болса. Күшті дененің массасына бөліп, ауырлық үдеуін табыңыз:
Қашықтық неғұрлым үлкен болса, ауырлық күшінің әсерінен үдеу соғұрлым аз болады. Сондықтан тауларда ол жер бетіндегіге қарағанда аз.
Денеден планетаға дейінгі қашықтық неғұрлым үлкен болса, соғұрлым оған ауырлық күші әсер етеді және еркін түсу үдеуі соғұрлым аз болады. Бетке жақын жерде h нөлге тең деп есептей аламыз, сонда g тұрақты және -ге тең болады. Біз қандай биіктікті әлі де «жақын» деп санай аламыз және қандай биіктік енді қарастырылмайды? Дәлдік тапсырманың мақсатына байланысты. Кейбір есептер үшін біз жүздеген километр биіктікте g тұрақты деп есептей аламыз. Егер біз ұшатын ұшақта үстел үстінде жатқан кітапты қарап отырсақ, онда біз үшін ауырлық күшінің үдеуінің бірнеше жүзден бір бөлігіне ерекшеленуі соншалықты маңызды емес. Ал егер біз спутниктің ұшырылуын есептейтін болсақ, бізге үлкен дәлдік қажет; бұл бірнеше жүздіктерді елемеуге болмайды; тіпті экватордағы және полюстердегі Жер радиусының айырмашылығын ескеруіміз керек. Көптеген тапсырмалар үшін әдеттегі мән немесе тіпті .
Егер дене қандай да бір бетке (тірек) тірелсе, онда оған ауырлық күші мен тіректің реакциялық күші әсер етеді және олар теңдестіріледі.
Жердің реакция күші- бұл тірек денеге әсер ететін күш.
Ауырлық күштері мен жер реакциясы біздің денемізге қолданылады және оған әсер етеді. Қарастырылған мысалда дене көлденең бетінде жатқанда тірек реакция күші ауырлық күшіне тең және қарама-қарсы бағытта, яғни тігінен жоғары бағытталған:
Күріш. 4. Жердің реакция күші
Жердегі реакция күші әдетте N әрпімен белгіленеді.
Тірек денеге, ал дене тірекке (немесе жіпке ілінсе, жіпке) әсер етеді.
Дененің салмағы- бұл дененің тірекке немесе аспаға әсер ететін күші:
Күріш. 5. Дене салмағы
Дененің салмағы көбінесе «Р» әрпімен белгіленеді және модулі бойынша ол тірек реакция күшіне тең (Ньютонның үшінші заңы бойынша: күшпен бір дене екіншісіне әсер етеді, сол күшпен екінші дене). біріншісіне әсер етеді): P=N.
Егер дене горизонталь бетінде тыныштықта болса, оған ауырлық күші және тіректің реакциялық күші әсер етеді. Олар теңдестірілген. Сонда салмақ тең болады.
«Дене салмағы» түсінігі жиі дене салмағымен шатастырылады. Бұл ауызекі сөйлеудің нормасына айналды: «салмақ», «салмағың қанша», «таразы». Салмақ – дененің әрекет ететін күші, ал масса – дененің өзіне тән қасиеті, инерция өлшемі. Тексеру оңай: таразыда тұрып, салмақтан есептелетін массалық мәнді көреміз. Сәл секірсеңіз, сан өзгереді. Бірақ массасы өзгерген жоқ. Бұл салмақты, таразының бетіне басатын күшті өзгертті. Ал ХҒС-да астронавт таразыға мүлдем қысым көрсетпейді, оның салмағы нөлге тең - және бұл күй салмақсыздық деп аталады.
Дене де Жерді тартады, бірақ бұл күш алып Жердің қозғалысына әсер етпейді, сондықтан ол қарастырылмайды. Тірекке тиіп тұрғанда, дене өз салмағымен тірекке басады, ал денедегі тірек тіректің реакция күшімен басады. Бұл жүйедегі күштердің екінші жұбы. Белгілі бір дененің қозғалысын сипаттайтын болсақ, онда оған әсер ететін күштерді, мысалы, ауырлық күші мен жердегі реакция күшін қарастырамыз.
Кейбір денелер басқаларға қатысты қозғалғанда, олармен жанасқанда пайда болатын күшті – үйкеліс күшін қарастырайық.
Үйкеліс күші- денелердің жанасу нүктесінде пайда болатын және олардың бір-біріне қатысты қозғалуына кедергі болатын күш:
Күріш. 6. Үйкеліс күші
Егер сіз допты тепсеңіз, ол біраз уақыттан кейін домалап, тоқтайды. Шана да қанша биік төбеден сырғып түссе де тоқтайды.
Үйкелістің екі түрін қарастырайық. Біріншісі, бір дененің екінші дененің бетінен сырғанауын – мысалы, таудан шанамен сырғанау кезінде оны сырғанау үйкелісі деп атайды. Екіншіден, бір дененің екінші дененің бетінде, мысалы, доп жерге домаласа, оны домалау үйкеліс деп атайды.
Үйкеліс күшін белгілеңіз және мына формуламен есептеледі:
мұндағы N – бізге бұрыннан таныс болған тірек реакция күші және μ – осы екі бет арасындағы үйкеліс коэффициенті.
Денелер бір-біріне неғұрлым күшті басылған болса, үйкеліс күші соғұрлым көп болады, яғни үйкеліс күші тіректің реакциялық күшіне пропорционал.
Үйкеліс затты құрайтын бөлшектердің өзара әрекеттесуінен пайда болады. Бетінің тегіс болуы мүмкін емес, әрқашан шығыңқы жерлер мен кедір-бұдырлар болады. Беткейлердің шығыңқы бөліктері бір-біріне тиіп, дененің қозғалысына кедергі келтіреді. Сондықтан тегіс (жылтыратылған) беттерде қозғалу өрескел беттерге қарағанда аз күш қажет етеді.
Жылтырату кезінде үйкеліс әрдайым азаяды ма?
Жылтырату арқылы біз екі беттің салыстырмалы қозғалысына кедергі келтіретін бұзушылықтардың саны мен мөлшерін азайтамыз. Бұл беттер неғұрлым жақсы жылтыратылған болса, соғұрлым олар бір-бірінің үстінен жақсы сырғып, олардың арасындағы үйкеліс күші аз болады дегенді білдіреді. Үйкеліс күші нөлге тең болатындай етіп жылтыратуға бола ма? Бір кездері біркелкіліктің шамалы болатыны соншалық, екі беттің бөлшектерінің үлкен саны тек кедір-бұдыр бөлшектері ғана емес жанасады және осы бөлшектердің барлығы өзара әрекеттесіп, қозғалысқа кедергі жасайды. Беттерді жылтырату кезінде үйкеліс күші төмендейтін шек бар, содан кейін бөлшектер арасындағы өзара әрекеттесу саны, демек үйкеліс күші артады. Сондықтан біз кейде тым тегіс беттердің «бір-біріне жабысатынын» байқаймыз.
Бірдей материалдардан жасалған денелер үшін домалау үйкеліс күші сырғанау үйкеліс күшінен аз болады. Адамдар мұны бұрыннан біледі, сондықтан олар дөңгелекті ойлап тапты.
Бірақ қандай үйкеліс болса да, үйкеліс күші беттердің салыстырмалы орын ауыстыруына қарама-қарсы бағытта бағытталған. Сонымен қатар, ол денелер жанасатын сызық бойымен бағытталған.
«Үйкелістің әртүрлі түрлері»
Үйкеліс күштерінің әртүрлі түрлері бар.
Мысалы, үстел үстінде ауыр кітап тұр. Оны жылжыту үшін біраз күш қажет болады. Ал кітапты тым әлсіз бассаңыз, ол қозғалмайды. Біз күш қолданамыз, неге үдеу жоқ? Кітапты итеретін күш кітаптың төменгі мұқабасы мен үстел арасындағы үйкеліс күшімен теңестіріледі. Бұл үйкеліс күші қатты денелердің қозғалуына кедергі жасайды. Сондықтан оны статикалық үйкеліс күші деп атайды.
Статикалық үйкеліс күші қозғалысқа қарсы бағытталған - бұл қозғалыс әлі туындауы керек:
Күріш. 7. Статикалық үйкеліс күші
Бір нәрсені жылжыту үшін максималды статикалық үйкеліс күшінен үлкен күш қолдану керек.
Сұйық немесе газ қозғалған кезде бұл заттардың жеке қабаттары екіншісіне қатысты қозғалады. Олардың арасында ішкі немесе тұтқыр үйкеліс күштері пайда болады.
Төмен ағын жылдамдығында, құйындылар болмаған кезде, сұйықтық қабаттармен ағып кетеді. Яғни, сұйықтықты ойша параллель қабаттарға бөлуге болады, әр қабаттың өз жылдамдығы бар. Тікелей төменгі жағында орналасқан қабат қозғалыссыз болады. Келесі қабат стационарлық қабаттың үстінен «сырғайды». Содан кейін астыңғы жағына қатысты одан да үлкен жылдамдықпен қабат, алдыңғысының үстінен сырғып, т.б. (8-суретті қараңыз). Осылайша, сұйықтықтың жылдам және баяу қабаттары арасында тұтқыр үйкеліс күші әрекет етеді. Ол әртүрлі жылдамдықпен қозғалатын сұйықтар мен газдардың атомдары мен молекулаларының өзара әрекеттесуінен туындайды: жылдам молекулалар баяулармен соқтығысады, осылайша баяулайды.
Күріш. 8. Ыдыс қабырғасына жақын судың қозғалысы
Неліктен заттар дірілмен қозғалады?
Біз бір нәрсені жылжытуға тырысқанда, статикалық үйкеліс күші пайда болады. Ол біз қолданатын F күшін теңестіреді және дене орнында қалады. Біз қолданатын күш неғұрлым көп болса, соғұрлым статикалық үйкеліс күші пайда болады. Статикалық үйкеліс күші шексіз өсе алмайды, оның шегі бар. Дене қозғалады: үйкеліс күші біз түсірген F күшінен аз болады.Дене қозғалғанда сырғанау үйкеліс күші пайда болады. Ол максималды статикалық үйкеліс күшінен сәл аз. Яғни, ауысу сәтінде біз максималды статикалық үйкеліс күшіне тең күш қолдандық, дене қозғалды - және үйкеліс күші күрт төмендеді. Тепе-теңдік үшін F күшімізді қаншалықты азайта аламыз. Сондықтан, осы сәтте әдетте жұлқыну пайда болады: денені жылжыту, оны көтеру үшін біз қозғалыс кезінде кейінірек қажет болғаннан көп күш саламыз. Үстелдегі кітапты бір саусақпен бір миллиметрге жылжытып көріңіз. Ол бірінші рет жұмыс істемеуі мүмкін, серпілудің салдарынан ол бірнеше сантиметрге жылжиды.
Сұйыққа немесе газға, әсіресе суға батырылған барлық денелер қалқымалы күшке ұшырайды. Күш жоғары, ауырлық күшіне қарсы бағытталған:
Күріш. 9. Қалқымалы күш
Бұл күш Архимед күші деп аталады, оны ашқан ежелгі грек физигі мен математигі.
Архимед күшісұйықтыққа (газға) батырылған денеге әсер ететін және дене ығыстыратын сұйықтықтың (газ) салмағына тең қалқымалы күш. Ол әдетте Фархимеда немесе Фа деп белгіленеді.
Оны есептеу үшін формуланы пайдаланыңыз.
мұндағы ρ – сұйықтықтың тығыздығы, g – ауырлық күшінің үдеуі және V – дененің батырылған бөлігінің көлемі.
Архимед күші ығысқан сұйықтықтың салмағына тең. Бұл таразыға ұқсас, тек біздің денемізге қарсы салмақ таразының екінші табасындағы салмақ емес, дененің айналасындағы су.
Ауыстырылған судың тыныштықтағы салмағы: . Ауыстырылған судың массасы тығыздық пен көлем арқылы есептеледі: . Ауыстырылған судың көлемі оған батырылған дене бөлігінің көлеміне тең, . Барлық өрнектерді ауыстырсақ:
Ауырлық күші () формуласында біз массаны тығыздық арқылы да өрнектей аламыз, сонда былай жаза аламыз: .
Кез келген денені суға салып, оны босатайық. Оған ауырлық күші және Архимед күші әсер етеді. Егер ауырлық күші үлкен болса, онда дене төмен қарай жылжи бастайды. Дене толығымен суға батырылған кезде, ауырлық күші мен Архимед күшін салыстыру дене мен сұйықтықтың тығыздығын салыстыруға келеді. Яғни, оның тығыздығы сұйықтықтың тығыздығынан үлкен болған кезде дене батады. Ал дененің тығыздығы аз болса, дене жер астынан пайда болғанша қалқып тұрады. Сонда батырылған бөліктің көлемі ауырлық күші Архимед күшіне тең болғанша азаяды. Содан кейін дене бетінде тепе-теңдік күйінде қалқып шығады.
Дәл осылай Архимед күші кез келген сұйықтық пен газда, атап айтқанда ауада әрекет етеді. Денеге әсер ететін ауырлық күшімен салыстырғанда аз болса, ол еленбейді. Бірақ, мысалы, гелий шарының массасы гелийдің төмен тығыздығына байланысты өте аз, сондықтан ауырлық күші ауа шарды итеретін архимед күшінен де аз. Бұл жағдайда Архимед күші ескеріледі, өйткені оның арқасында гелий шары ұшып кетеді.
Серпімділік күші- бұл дененің деформациясы кезінде пайда болатын, оны бұрынғы өлшемі мен пішініне қайтаруға бейім күш:
Күріш. 10. Серпімділік күші
Денені неғұрлым деформацияласақ, соғұрлым көп күш түсіреміз, соғұрлым дене деформацияға қарсы тұрады, яғни серпімділік күші пайда болады (11-суретті қараңыз). Серпімділік күшінің шамасы дененің бастапқы күйіне қатысты қаншалықты ұзарғанына немесе сығылғанына байланысты.
Күріш. 11. Үлкен деформациямен үлкен серпімділік күші
Дене бастапқы қалпына келетін шағын деформацияны қарастырайық. Бұл деформация серпімді деп аталады. Мысалға қарайық: егер біз шаш байлауын созып, ол 3 см ұзарып кетсе, онда бұл абсолютті ұзару деп аталады, бұл әдетте Δx немесе Δl ретінде жазылады.
F exr серпімді күшін белгілеу ыңғайлы және ол «Гук заңының» белгісі болып табылатын формула арқылы есептеледі:
Дененің серпімді деформациясы кезінде пайда болатын серпімділік күші деформацияның шамасына пропорционал.
кдене жасалған материалдың қаттылық коэффициенті болып табылады, және Δхдененің деформацияға дейінгі және кейінгі ұзындығының айырмашылығы ().
12-сурет. Серпімділік күші
Мысалы, серпімді жолақ үшін болса, оны 3 см-ге созу үшін 15 Н күш қолдану керек. Осы формуланы пайдаланып, күш модулін есептеуге болады. Күш деформация бағытына қарама-қарсы бағытталған.
Денелердің өзара әрекеттесуін сипаттағанда нені елемейміз
Денені нүктемен ауыстырайық - модельді енгізіп, оны материалдық нүкте деп атаймыз. Бұл жағдайда денеге күштің нақты қай жерде қолданылатынын елемейміз. Дөңгелек үстелде жатқанда, оның әрбір бөлігіне ауырлық күші мен тіректің реакциялық күші әсер етеді, бірақ біз оны нүктемен ауыстыра аламыз және пончикке әсер ететін күштер оған әсер етеді деп есептей аламыз. Мұндай нүкте денеге күштің нақты қай жерде қолданылатынын есепке алмай, бүкіл дененің қозғалысын сипаттайды.
Әрбір денеге күштердің шексіз саны әсер етеді, сондықтан олардың барлығын есепке алу мүмкін емес. Мысалы: бала сырғанақтан сырғанап бара жатыр - оған Ай әсер ете ме? Ол әйтеуір әсер етеді: оның массасы бар, біршама қашықтықта орналасқан... Бірақ әсердің әлсіздігі сонша, оны елемеу мүмкін. Егер біз ғарыш кемесінің ұшу мәселесін шешетін болсақ, онда, әрине, оған жақын орналасқан ғарыш объектілерінің әсер ететін күштерін ескеру қажет. Біз нені тастағанымызды жиі байқамаймыз: дененің қозғалысы үшін маңызды деп санайтын нәрселерден басқаның бәрі. Шанадағы бала үшін бұл Жермен (ауырлық күші) және жер бетімен (жердің реакция күші және үйкеліс күші) әрекеттесу. Кейбір мәселелер бірден денеге қандай да бір күштерді немесе әсерлерді елемеу керектігін айтады. Сондықтан, мақсаттарға байланысты біз барлық қажетті күштерді қоса алғанда, біз үшін ыңғайлы модельді таңдаймыз. Өлшеу кезінде біз қажет еместерді де тастаймыз. Үйден мектепке дейінгі қашықтықты өлшегіміз келсе, километрмен, жақын болса метрмен өлшейміз. Бірақ біз оны миллиметрмен өлшемейміз. Бірақ кілтті жасау кезінде әрбір миллиметр маңызды. Бұл шектеулерді санды жазудың дәлдігімен салыстыруға болады. Мысалы, біз қарапайым есептер үшін Pi санын 3,14 деп аламыз. Бұл дұрыс мән, бірақ дөңгелектенген, себебі бізге максималды дәлдік қажет емес. Өйткені, егер сіз Pi = 3,14159 деп жазсаңыз, онда жауапта тек үшінші ондық белгі өзгереді, бұл жауаптың мыңнан бір бөлігі. Осылайша, есептеулердің дәлдігі мақсатқа байланысты.
Денеге бір мезгілде бірнеше осындай күштер әсер ете алады. Біз материалдық нүктені қарастырамыз және оған барлық күштер әсер етеді деп есептейміз, бұл жағдайда бұл күштердің денеге әсер етуінің жалпы нәтижесін біреудің әрекетімен ауыстыруға болады. Бұл күш денеге бірдей әсер етеді және денеге түсірілген барлық күштердің әрекеті сияқты нәтижеге әкеледі. Ол денеге түсірілген барлық күштердің соңғы әсерін көрсетеді. Бұл күш қорытынды күш деп аталады және әдетте R әрпімен белгіленеді.
Бір түзу бойымен әрекет ететін күштерді қарастырайық. Егер екі күш бір бағытта әрекет етсе, онда олар бір-біріне «көмектеседі», қосылып, нәтижесі -ге тең болады. Ал егер олар қарама-қарсы болса, онда, керісінше, олар бір-біріне «араласады» және олардың әрекеттері алынып тасталады. Егер күштер тең болса, нәтиже тең болады.
Біз қарама-қарсы бағыттарға қарама-қарсы белгілерді тағайындаймыз. Қай күштің алдына минус қою керек немесе:
Күріш. 13. Қарама-қарсы күштер
Әрбір нақты тапсырма үшін біз оң деп санайтын бағытты таңдай аламыз, содан кейін қанша күш болса да, біз олардың алдында бағыттарға байланысты оң және теріс жақтарын реттеп, оларды қосамыз. Ал егер, мысалы, нәтиже теріс болып шықса, онда ол таңдалған бағытқа қарсы бағытталған және керісінше.
+ немесе - таңбасы Гук заңының бағытына сәйкес келетін моделімізді қолданайық: . Серпімділік күші деформацияға қарама-қарсы бағытталған, яғни минус белгісін қою керек:
Тапсырма
a = 0,8 м/с 2 үдеумен қозғалатын лифттегі массасы m = 50 кг адамның салмағын анықтаңыз:
а) жоғары; б) төмен.
Мәселе лифттегі адамның жылдам қозғалысын сипаттайды. Бұл Ньютонның екінші заңына бағынады: нәтижелі күш үдеу тудырады, .
Адамға Жердің ауырлық күші әсер етеді, оны деп белгілейік, ал лифт едені адамға әсер ететін тіректің реакция күшін деп белгілейік, ол жоғары бағытталған. Гравитацияны формула арқылы оңай есептеуге болады.
Алдымен а) бөлігін шешейік лифт жоғары қарай үдейді
Енді б) бөлігін шешейік лифт төмен жылжиды.
Теңдеуде ma алдына минус белгісін қоямыз (үдеу таңдалған оң бағытқа қарсы бағытталған). Жазып көрейік:
Мәселе шешілді.
- Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: есептер шығару мысалдары бар анықтамалық. - 2-ші басылым, қайта қарау. - X.: Веста: Ранок баспасы, 2005. - 464 б.
- Перышкин А.В. Физика: оқулық 7-сынып. – М.: 2006. – 192 б.
- «files.school-collection.edu.ru» интернет-порталы ()
- «files.school-collection.edu.ru» интернет-порталы ()
Үй жұмысы
- Ежелгі Египетте пирамидаларды салу кезінде, атап айтқанда бетон блоктарын жылжыту кезінде бөренелер неліктен пайдаланылғанын физикалық тұрғыдан түсіндіріңіз.
- Күнделікті өмірдегі әртүрлі күштердің әрекетіне өз бақылауларыңызды жасаңыз және бірнеше мысалдар келтіріңіз.
Күштің жалпы сипаттамасы
Адамның кез келген қозғалыс әрекеттері орталық жүйке жүйесінің (ОЖЖ) және қозғалтқыш жүйесінің шеткі бөліктерінің, атап айтқанда, тірек-қимыл аппаратының үйлесімді қызметінің нәтижесі болып табылады. Қозғыштық импульстар орталық жүйке жүйесінде пайда болады, олар моторлы нейрондар мен аксондар арқылы бұлшықет талшықтарына енеді. Нәтижесінде бұлшықеттер белгілі бір күшпен шиеленіседі, бұл дененің жеке бөліктерін немесе жалпы денені кеңістікте жылжытуға мүмкіндік береді. Қозғалыс жылдамдығы мен сипаты күштің шамасы мен бағытына байланысты өзгереді. Осылайша, бұлшықет күшінің көрінісінсіз адам ешқандай қозғалыс әрекеттерін орындай алмайды. Бұл мағынада күш - бұл барлық басқа физикалық қасиеттердің (жылдамдық, төзімділік және т.б.) көрінісі бір немесе басқа дәрежеде байланысты болатын интегралды қозғалтқыш сапасы.
Физиологияда бұлшықет күші деп олар дамытуға қабілетті максималды кернеу түсініледі. Бұлшықет кернеуінің сыртқы көрінісі (күш) Ньютонмен өлшенеді.
Дене шынықтыру теориясында«Күш» ұғымы белгілі бір қозғалыс міндетін шешуге бағытталған адамның ерікті қозғалыстарының сапалық сипаттамаларының бірін білдіреді.
Осылайша:
КҮШ- бұл бұлшықет кернеуіне байланысты белгілі бір қарсылықты жеңу немесе оған қарсы тұру қабілеті.
Қарсыласу ретіндеАуырлық күштері, онымен әрекеттесу кезіндегі тірек реакциясы, қоршаған ортаның кедергісі, заттар мен спорт құралдарының салмағы, өз денесінің немесе оның буындарының және басқа денелердің инерциялық күштері, серіктестің қарсылығы және т.б. .әрекет ете алады.
Адам қаншалықты қарсылықты жеңе алса, соғұрлым ол күшті болады.
Қозғалыс міндетіне және тірек-қозғалыс аппаратының жұмысының сипатына байланысты бұлшық еттерге түсетін күш адамның физикалық дайындығы жоғарылаған сайын айқынырақ болатын ерекше сипаттамаларға ие болады.
Негізгіәр түрлі қозғалыс әрекеттеріне тән биліктің көріну түрлерімыналар:
1) нақты күш сапалары (бұған «абсолютті» және «салыстырмалы» күш ұғымдары кіреді);
2) жылдамдық-беріктік сапалар (бұған «жылдамдық» және «жарылғыш» күш ұғымдары кіреді);
3) күшке төзімділік.
Бұл күш түрлерін анықтау өте ерікті. Өздерінің ерекшелігіне қарамастан, олар көрінісінде де, дамуында да белгілі бір түрде өзара байланысты. Олардың таза түрінде олар өте сирек кездеседі. Әдетте, олардың барлығы адамның қозғалтқыш әрекеттерінің көпшілігінің құрамдас бөлігі болып табылады.
· Адамның абсолютті күшібұл оның ең үлкен қарсылықты жеңу немесе оған ерікті бұлшықет кернеуімен қарсы тұру қабілеті.
Бір қызығы, адам қозғалыстың сыртқы көріністерімен бірге жүрмейтін бұлшықет кернеуінде немесе баяу қозғалыстарда: мысалы, екі қолмен жатқан қалпында штангамен прессте. Абсолютті күштің көрінісі үлкен сыртқы қарсылықты жеңу қажет болғанда басым болады.
Мысалы:
Исландияда гранитті плиталарды көтеру жарыстары танымал. 1992 жылы ел тұрғыны И.Перурена абсолютті күш көрсету бойынша бірегей рекорд орнатты: ол салмағы 315 кг тасты басынан жоғары көтерді.
Дене салмағы әртүрлі адамдардың күшін салыстыру үшін салыстырмалы күш көрсеткіші қолданылады.
· Салыстырмалы күш -Бұл адамның дене салмағының килограммына шаққанда абсолютті күш мөлшері.
Салыстырмалы күш ғарышта өз денесін жылжытуды қамтитын қозғалыс әрекеттерінде маңызды. Өз салмағыңыздың 1 кг-ға шаққанда күш неғұрлым көп болса, оны кеңістікте жылжыту немесе белгілі бір қалыпта ұстау оңайырақ болады. Мысалы, қолды гимнастикалық сақиналарға («крест») екі жағына қоюды сәйкес бұлшықет топтарының салыстырмалы күші дене салмағының әр килограммына 1 кг-ға жақын спортшылар ғана жасай алады. Салыстырмалы күш спортшылар салмақ категорияларына бөлінген спортта да үлкен маңызға ие.
· Жылдамдық күші -адамның орташа қарсылықты мүмкіндігінше тез жеңу қабілеті .
Бір қарағанда, жылдамдық күші жылдамдық пен күштің күрделі көрінісі болып көрінуі мүмкін. Алайда, шын мәнінде, бұл әлі де сыртқы қарсылықтың белгілі бір диапазонында күштің ерекше көрінісі болып табылады. Бұл диапазонды ғалымдар белгіледі және нақты қозғалтқыш әрекетіндегі максималды күштің 15-20% -дан 70% -ға дейін болады.
Мысалы:
Егер адам максималды 100 кг салмақты көтере алса, онда бұл жаттығуда оның жылдамдық күшінің көріну диапазоны 15-70 кг болады;
Егер адам еңкейіп тұрған қалпында қолдарын ең көбі 40 бүгу-созуды орындай алса (пуш-ап), онда қозғалыс жылдамдығының артуына байланысты ол 6-дан 28-ге дейін бүгу-созылуды орындай алады. қолдың еңкейген күйінде.
Циклдік жаттығуларда спринттік қашықтықта тиімді қозғалыс белсенділігін қамтамасыз етуде жылдамдық күші басым болады. Атап айтқанда, жүгірудегі қадамдардың ұзақтығы аяқ бұлшықеттерінің жылдамдық күшінің даму деңгейіне байланысты.
Мысалы:
Бірдей жүгіру жылдамдығында біліктілігі төмен спортшыларға қарағанда адым ұзындығы ұзағырақ болатыны анықталды, ал бірдей біліктіліктегі жүгірушілер үшін жүгіру жылдамдығы қадам ұзындығының ұлғаюымен жеткілікті тығыз байланыста артады.
· Жарылыс күші -Бұл адамның ең аз уақыт ішінде ең көп күш жұмсау қабілеті.
Жарылыс күші жоғары бұлшықет кернеуін қажет ететін қозғалыс әрекеттерінде шешуші рөл атқарады: мысалы, спринт, секіру, лақтыру, бокстағы соққы әрекеттері және т.б. Жарылыс күші жетекші мәнге ие болатын дене жаттығуларының көпшілігінде қозғалыстың негізгі фазасындағы жарылғыш бұлшықеттің жиырылуының көрінісі механикалық созылу алдында болады. Мысалы, найза немесе граната лақтырмас бұрын спортшы жігерлі тербеліс жасайды. Бұлшықеттердің қарқынды механикалық созылуынан кейін бірден күшті күштің көрінісі, яғни. төмен жұмыстан еңсеруге жылдам ауысу «бұлшықет реактивтілігі» деп аталады.
Мысалы:
Реактивті қабілет пен үш қарғып секіру, кедергілер, ауыр атлетика жаттығулары және т.б. жүгіру нәтижелері арасында жоғары корреляция болды.
· Күшке төзімділікБұл адамның қалыпты сыртқы қарсылықты ұзақ уақыт бойы ең жоғары тиімділікпен жеңу қабілеті.
Бұл бұлшықет жұмысының әртүрлі сипатына жатады: қажетті позаны ұзақ уақыт сақтау (мысалы, ұрыста ұстау), қайталанатын жарылғыш күштер (мысалы, үш қарғып секіру, сырықпен секіру), циклдік жұмыс. белгілі бір қарқындылықтағы (мысалы, жүзу, байдаркамен жүзу) т.б.
Жалпы алғанда, күшке төзімділікті төзімділік түрлерінің бірі ретінде жіктеу орынды болар еді, бірақ арнайы әдебиеттерде бұл қасиет дәстүрлі түрде күш түрі ретінде қарастырылады.
Байланысты бұлшықет жұмысының режиміСтатикалық және динамикалық күш арасында да айырмашылық бар:
· Статикалық күшбұлшықеттер тартылғанда, дененің, оның бөліктерінің немесе адам әрекеттесетін заттардың қозғалысы болмағанда (мысалы, салмақты ұстау) көрінеді.
· Динамикалық күшқарсылықты жеңу дененің немесе оның жеке бөліктерінің кеңістікте қозғалысымен (мысалы, салмақты көтеру) жүретін кезде көрінеді.
Жүктелуде...
