Сабақ 7. Күш түрлері. Күштерді қосу - Оқу материалдары
Бүгін сабақта механикада зерттелген күштердің түрлерімен танысып, сонымен қатар күштерді графикалық түрде бейнелеуді және күштердің нәтижесін анықтауды үйренеміз.
Табиғатта әртүрлі күштер бар.
Бұл сабақта механикада қарастырылған күштердің үш негізгі түріне назар аударамыз.
Оларға тартылыс күштері, серпімділік күштері және үйкеліс күштері жатады.
Тартылыс күштерінің ең жарқын мысалы - Күн мен планеталар арасындағы тартылыс күші. Осы күштің арқасында планеталар Күн жүйесінен ажырап кетпейді.
Сондай-ақ, тартылыс күштерінің мысалы - өзімізге мәлім ауырлық күші, оның көмегімен Жер денелерді өзіне тартады. Серпімділік күші дене деформацияланғанда, яғни оның пішіні немесе өлшемі өзгергенде пайда болады.
Мысалы, допты аяқпен соққанда, немесе көбік губканы басқан кезде. Тіпті акробат ілулі тұрған арқанда да, немесе бала секіріп жатқан батутта да пайда болады.
Бұл күш әрқашан денені бастапқы күйіне қайтаруға тырысады, өйткені ол деформацияға қарама-қарсы бағытталған.
Үйкелістің үш түрі бар: Тыныштық үйкелісі. Сырғанау үйкелісі. Домалау үйкелісі.
Тыныштықтың үйкелісі кез-келген қозғалмайтын жанасатын денелер арасында болады.
Бақылау - бұған көз жеткізуге мүмкіндік береді.
Біз үстелді немесе шкафты жылжытуға тырысқанда, бір нәрсенің кедергі келтіретіндігін сезінеміз. Бұл тыныштық күйдегі үйкеліс күшіне байланысты.
Сырғанау үйкелісі бір дене екінші дененің үстінен қозғалғанда пайда болады. Мысалы, шаңғымен немесе шанамен төбеден төмен сырғанау кезінде ерте ме, кеш пе тоқтауға тура келеді, өйткені сырғанау үйкелісі қозғалысыңызға кедергі келтіреді.
Егер бір дене екінші дененің бетінде домалап келе жатса, онда олардың арасында үйкеліс пайда болады, оны домалау үйкелісі деп атайды.
Сондықтан көліктердің көпшілігінде дөңгелектер болады. Өйткені, дөңгелектер мен жолдың арасында үйкеліс түрлерінің ең әлсізі болып табылатын домалау үйкелісі бар.
Автомобильдің ауырлық күші 20 кН, тарту күші 8 кН, үйкеліс күші 4 кН, жолдың серпімділік күші 20 кН екенін белгілі делік.
Алынған күшті таппас бұрын, машинаға әсер ететін барлық күштерді дұрыс көрсету керек. Векторлардың көмегімен күштерді сызбалау. Барлық күштер бір денеге – автомобильге қолданылатындықтан, барлық күштер бір нүктеден – автомобильдің масса центрінен басталады.
Әрбір вектордың белгілі бір ұзындығы мен бағыты болуы керек. Күш векторының ұзындығын дұрыс сызу үшін масштабты таңдау керек. Бұл мысал үшін бір ұяшық – екі килоньютондық масштабты таңдау ең қолайлы.
Енді күштердің сызбасына көшейік. Автомобильдің ауырлық күші 20 кН болатыны белгілі. Сонымен, біз таңдаған масштабта ұзындығы 10 ұяшыққа тең векторды салуымыз керек. Ауырлық күші Жердің центріне бағытталғандықтан, оның векторы тігінен төмен қарай болады.
Жолдың серпімділік күші ауырлық күшіне тең, бірақ оған қарама-қарсы бағытталған. Бұл серпімділік күшінің векторының ұзындығы 10 ұяшыққа тең болатынын білдіреді, бірақ ол жоғары бағытталған болуы керек.
Автомобильді жол бойымен қозғалтатын тарту күші 8 кН, сондықтан ол оңға бағытталған ұзындығы 4 ұяшықты вектормен сызылады.
Үйкеліс күші қозғалысқа қарама-қарсы бағытталған және 4 кН-ға тең. Әдетте, денеге бірден бірнеше күш әсер етуі мүмкін. Мысалы, қозғалатын автомобильде әрекет етеді:
оның қозғалтқышының тарту күші
оны жерге тартатын ауырлық күші;
жол жағынан әсер ететін серпімділік күші;
және оның қозғалысына кедергі келтіретін үйкеліс күші.
Денеге әсер ететін барлық күштердің векторлық қосындысын тең әсерлі күш деп атайды. Тең әсерлі табу үшін бір түзу сызықта жатқан күштерді жұппен қосу керек.
У-игрек осінде жатқан күштерді қарастырайық.
Серпімділік күші жоғары бағытталған - у осімен бірдей бағытта. Осы себепті ол оң мәнге ие болады. Дегенмен, ауырлық күші төмен, яғни у осіне қарама-қарсы бағытталған. Сонымен, бұл жағдайда ауырлық күші теріс мәнге ие болады.
Бұл екі күштің қосындысы нөлге тең екені анық.
Енді Х-икс осінде жатқан күштерді қарастырайық. Тарту күші икс осінің бойымен бағытталған, сондықтан ол оң деп есептеледі, бірақ үйкеліс күші х осіне қарсы бағытталған, сондықтан ол теріс болып саналады.
8 килоньютон және минус 4 килоньютон сандарын қосқанда, бізде 4 килоньютон пайда болады.
У-игрек осіне әсер етуші тең әсерлі күш нөлге тең болғандықтан, автомобильге әсер ететін барлық күштердің нәтижесі Х-икс осіне әсер ететін нәтижелі күшке тең, яғни төрт килоньютон болады.
Сонымен, бүгінгі сабақта механикада күштің үш түрі қарастырылатынын білдік: тартылыс күші, серпімділік күші және үйкеліс күші. Таңдалған масштабта векторларды пайдаланып күштерді сызуды үйрендік. Сондай-ақ, денеге әсер ететін барлық күштердің тең әсерлі күшін есептеуді білдік.
