Механічний рух та його види

Размещено на http://www.allbest.ru

9

Размещено на http://www.allbest.ru

Механічний рух та його види

Вступ

Для того щоб сказати, рухається тіло чи ні, необхідно подивитися, чи змінюється його положення відносно інших тіл. Механічним рухом називають зміну положення тіла відносно інших тіл з часом. Тіло, розмірами якого у даних умовах задачі можна знехтувати, називають матеріальною точкою. Наприклад, коли йдеться про рух космічного корабля, його розміри можна не враховувати порівняно з відстанню від Землі, корабель -- матеріальна точка. А для космонавта, який знаходиться у космосі, корабель не є матеріальною точкою. Положення тіла можна задати тільки відносно іншого тіла. Таке тіло називають тілом відліку. Тілом відліку може бути будь-яке тіло. Для визначення положення тіла у просторі користуються системою координат. Якщо тіло рухається, тобто його координати змінюються відносно тіла відліку, необхідним є прилад для вимірювання часу руху тіла. Тіло відліку, система координат і прилад для вимірювання часу становлять систему відліку. Будь-який механічний рух розглядається в системі відліку, обраній спостерігачем. У різних системах відліку тіло поводить себе по-різному. Наприклад, пасажир, який сидить у вагоні потягу, знаходиться у спокою відносно вагону і рухається відносно залізничних рейок. Відносністю руху досить цікаво користуються для поповнення пальним баків літака у повітрі. Незважаючи на те, що відносно поверхні землі та атмосферного повітря літаки мчать зі швидкостями у кілька сотень кілометрів за годину, один відносно одного літаки перебувають у спокої.

У фізиці розглядають різні види руху:

· поступальний,

· коливальний,

· обертальний.

Рух тіла, при якому всі його точки рухаються однаково, називаютьпоступальним рухом. Поступально рухається автомобіль на прямолінійній ділянці шляху, коливається маятник годинника, а стрілки годинника обертаються навколо нерухомої осі.

Коливаннями називають фізичні процеси, які точно чи майже точно повторюються через однакові проміжки часу. Рух по будь-якій криволінійній траєкторії називається обертальним.

Поступальний рух

Під час дослідження руху якогось тіла постає завдання визначати його положення у просторі у певні моменти часу. Наприклад, ми хочемо описати рух каменя, який кинули у річку. Камінь має певні розміри і форму, складається з величезної кількості атомів, під час польоту він безладно обертається, окремі його точки рухаються по-різному. Щоб описати детально рух такого тіла, треба дослідити рух усіх його частинок -- це настільки складна задача, що на її розв'язання не вистачить обчислювальних потужностей і часу. Проте у фізиці часто задачу, залежно від її умов, можна розв'язати наближено й отримати цілком задовільний результат. Для цього замість реального тіла розглядають його спрощену ідеальну модель, тобто об'єкт, у якому нехтують несуттєвими для даної задачі властивостями заданого тіла, залишаючи лише його основні, визначальні риси.Якщо камінь у наведеному прикладі до падіння у воду подолав відстань, значно більшу за його розміри, то вони не будуть суттєво впливати на характер його руху й у граничному випадку тіло можна вважати точкою.

Крім того, на рух тіла не впливають його атомна структура, теплові, електричні, оптичні властивості тощо. Для опису у спрощеній моделі руху тіла, а пізніше і причин цього руху, досить, щоб геометрична точка мала масу, що дорівнює масі даного тіла, і могла рухатись. Таку ідеальну модель реального тіла називають матеріальною точкою. Матеріальною точкою є тіло, розмірами якого за даних умов руху можна знехтувати.У наведеному визначенні дуже важливі слова «за даних умов руху», які виражають обмеженість застосування даного поняття. Матеріальна точка -- поняття відносне, а не абсолютне. Одне й те саме тіло в одній задачі можна розглядати як матеріальну точку (рух космічного корабля на орбіті, рух океанського лайнера, які є малими порівняно з протяжністю шляхів, що вони долають), а в іншій -- як тіло скінченних розмірів і певної форми (стикування одного космічного корабля з іншим). У більшості випадків далі у нашому курсі вважатимемо рухомі тіла матеріальними точками. Зрозуміло, що задача опису механічного руху тіл дуже спроститься.У наведених вище прикладах усі точки рухомого тіла рухалися по-різному. Але на практиці дуже часто тіла рухаються так, що всі їх точки рухаються однаково. Однаково рухаються точки кузова автомобіля на прямій ділянці дороги, різця токарного верстата, вантажу на канаті підіймального крана (мал. 1, а), кабінок колеса огляду (мал. 1, б), поршня у циліндрі двигуна автомобіля, шухляди, що витягують зі столу, санчат, що опускаються з гори, голки швейної машини, ручки під час писання (мал. 1, в) тощо. Рух тіла, під час якого всі його точки рухаються однаково, називають поступальним. Коли тіло рухається поступально, будь-який виділений напрям у тілі, наприклад пряма вздовж планки висувної шухляди, залишається паралельним своєму положенню у будь-який момент часу. Іншими словами, тіло при поступальному русі не обертається. Зрозуміло, що під час дослідження поступальних рухів досить описати рух лише однієї точки тіла, що також значно спрощує розв'язання основної задачі механіки. Місце знаходження досліджуваного тіла під час руху можна визначити, вказавши його розташування відносно іншого тіла. Тіло, відносно якого визначають положення інших тіл у різні моменти часу, називають тілом відліку. Для визначення положення тіла відносно тіла відліку математично користуються певною системою координат. За початок Декартової системи координат беруть довільну точку тіла відліку, з якою жорстко пов'язують осі системи. Користуючись одиничним масштабом, можна визначити координати х, у, г будь-якої точки простору, відкладаючи масштаб у напрямі координатних осей. Положення кожної точки у просторі визначається трьома координатами, на площині -- двома, на прямій -- однією (мал. 2).

Якщо точка рухається відносно тіла відліку, то потрібно знати не тільки де, а й коли вона перебуває у відповідному місці. Отже, для одержання повної інформації про рух тіла (точки), треба вміти вимірювати час. Час вимірюють, використовуючи який-небудь перебіг рівномірного періодичного процесу, наприклад хід годинника. Тіло відліку, з яким пов'язана система координат, і годинник для вимірювання часу утворюють систему відліку. Наведемо приклад системи відліку, яка відрізняється від описаної вище. Щоб виявити місцезнаходження літака, радіолокатор посилає сигнал і через час і приймає відбитий сигнал (мал. 3).

Місцезнаходження літака відносно радіолокатора у цьому разі визначається також трьома координатами: відстанню до літака І і двома кутами, які визначають за розташуванням антени під час вимірювань, -- кутом азимуту напряму на літак відносно напряму на північ і кутом між горизонталлю та напрямом на літак. Під час руху положення тіла змінюється відносно системи координат, тобто з часом змінюються і значення координат певної точки тіла. Розглянемо, як у фізиці визначають зміну фізичної величини з часом. Наприклад, координати точки, відлічені вздовж осей координат у момент часу, який прийняли за початковий (і0 = 0), дорівнювали відповідно х0, у0, г0. Через певний інтервал часу і - і0 (або просто і, оскільки і0 = 0) вони змінилися і набули значень х, у, г. Це означає, що за час і координата х змінилася на (х - х0), координата у -- на (у - у0), координата г -- на (г - г0). Кожна з різниць х - х0, у - у0, г - г0 є також фізичною величиною -- зміною координат х, у, г за відповідний інтервал (зміну) часу і - і0. Щоб визначити зміну будь-якої фізичної величини, треба від її кінцевого значення відняти її початкове значення.Часто застосовують скорочений запис зміни фізичної величини за допомогою знака А (грецька літера дельта), який пишуть перед позначенням змінюваної фізичної величини.

Коливальний рух

Коливаннями або коливальними рухами називають такі види механічного руху чи зміни стану системи, які періодично повторюються в часі, наприклад, механічні коливання тіла на пружині, коливання маятників, коливання струн, вібрації фундаментів будівель, електромагнітні коливання в коливальному контурі.

За фізичною природою коливання поділяють на механічні та електромагнітні, за характером коливань - на вільні, вимушені та автоколивання. Хоча коливання досить різноманітні за своєю фізичною природою, але вони мають спільні закономірності й описуються однотипними математичними методами.

Механічні коливання - періодичне зміщення тіла то в один, то в другий бік відносно положення рівноваги.

Механічна система, в якій одне або декілька тіл можуть здійснювати коливальні рухи, називають коливальною системою.

Коливання, які відбуваються лише під дією внутрішніх сил, називають вільними. Щоб система виконувала ці коливання, треба вивести тіло з положення рівноваги, тобто надати коливальній системі енергію. При цьому рівнодійна всіх сил, що діють на тіло, має бути відмінною від нуля і спрямованою до положення рівноваги, в якому рівнодійна дорівнює нулю. Вільні коливання виникали б, якби не було впливу зовнішніх сил. Цього досягти неможливо, тому вільні коливання це абстракція. Вони з часом стають згасальними.

Виникла потреба в коливаннях під дією зовнішньої сили, що періодично змінюється, такі коливання називають вимушеними. Ці коливання здійснюють поршні в циліндрах двигунів, голка швацької машини тощо.

Ще одним видом незагасальних коливань є автоколивання. Це коливання, які підтримуються внутрішніми джерелами енергії системи, коли не діє зовнішня періодична сила. Наприклад, настінний годинник з маятником або наручний механічний годинник - це механічні автоколивальні системи.

У годинниках потенціальна енергія тягарця (або стиснутої пружини) поступово, окремими порціями передається маятнику і компенсує втрати на тертя. Можна спостерігати автоколивання струни під дією смичка, голосових зв'язок під час розмови або співу.

Коливання називають періодичними, якщо значення фізичних величин, які змінюються в процесі коливань, повторюються через однакові проміжки часу. Найпростішим прикладом періодичних коливань є гармонічні коливання, під час яких фізична величина змінюється з плином часу за законом

x = Asin(wt + j0), або x = Acos(wt + j0),

де А, w, і j0 - постійні величини, причому А > 0, w > 0.

Найпростіший приклад гармонічного коливання - це коливання вздовж осі Ох проекції кінця радіуса-вектора точки, що рухається по колу радіуса А (рис.5.1.2). Якщо t = 0 радіус вектор ОВ утворює з віссю Оу кут j0, а за час t описує кут wt, так що в довільний момент часу x = Asin(wt + j0). У механічних коливаннях х - зміщення тіла (коливальної системи) від положення рівноваги. У СІ [x] = м;А - амплітуда - найбільше відхилення від положення рівноваги. Якщо коливання незагасальні, то амплітуда не змінюється. У СІ [А] = м. Мінімальний проміжок часу Т, через який повторюється певне значення змінної величини, що характеризує коливальну систему, називають періодом коливань. Або ж простіше: період - це час одного повного коливання. Якщо за час t відбулося N коливань. У СІ [Т] = c. Величину, обернену до періоду коливань Т, називають частотою коливань n

Обертальний рух

поступальний обертальний рух коливання

Обертальний рух здійснюють колесо машин, гвинти літаків і пароплавів, махові колеса, вали, шестерні, шківи, паси верстатів та машин, деталі затиснуті у токарнях верстатах, циркульна пила. Кожна точка Землі здійснює обертальний рух, внаслідок добового обертання Землі навколо своєї осі. Цей рух Землі спричиняє зміну дня і ночі. Сама Земля здійснює обертальний рух навколо Сонця, а планети -- навколо Землі.

Кінці стрілки годинника рівномірно обертаються по колу. Щоб виявити особливості обертального руху, виконаємо дослід. Візьмемо картонний диск з намальованими на ньому точками на різних відстанях від центра /мал. 54/ і будемо його швидко обертати. Замість кружечків ми побачимо на диску ряд кіл різних радіусів /мал. 55/.

Цей дослід показує, що при обертальному русі тіла різні його точки рухаються по колах. Центри цих кіл лежать на одній прямій, яка називається віссю обертання тіла.

При обертанні тіла по коду виникав відцентрова сила. Ця відцентрова сила широко використовується людиною у різних відцентрових машинах /мал. 56/.

У кулясту скляну посудину надити рідини різної густини олії, води, меду, накидати кусочків корка і привести посудину в обертання на відцентровій машині. Рідини розмістяться кільцями: зовнішній -- мед, дальшим -- вода, далі - олія /на внутрішні й поверхні олії розмістяться кусочки корка і, нарешті, всередині -- повітряний стовп. Взагалі найгустіша рідина розміщується далі від осі обертання.

Центрифуга з сітчастими стінками вживається для відокремлення меду від стільників, для відокремлення воді від цукру /сушіння цукру/, води від мокрої білизни, соку від помелених овочів і фруктів у соковижималках, вершків від молока у сепараторах. Широко використовуються відцентрові насоси.

Джерела інформації

1.http://school.xvatit.com/index.php?title

2.http://fizika-otzt.narod2.ru/company/kolivannya__hvil/mehnchn_kolivannya_ta_hvil_/kolivalnii_ruh_vln_i_vimushen_mehanchn_kolivannya_garmonchn_kolivannya_zmschennya_ampltuda_perod_chastota__faza_garmonchnih_kolivan/

3.http://ua.textreferat.com/referat-428-3.html

Размещено на Allbest.ru