Sərt cisim fizikası çoxlu müxtəlif hərəkət növlərinin tədqiqidir. Əsas olanlar tərcümə hərəkəti və sabit ox boyunca fırlanmadır. Onların birləşmələri də var: sərbəst, düz, əyri, vahid sürətlənmiş və digər növlər. Hər bir hərəkətin özünəməxsus xüsusiyyətləri var, lakin təbii ki, onların arasında oxşarlıqlar var. Hansı hərəkətin fırlanma adlandığını nəzərdən keçirin və tərcümə hərəkəti ilə analoq çəkərək bu cür hərəkətlərə nümunələr verin.
Fəaliyyətdə olan mexanika qanunları
İlk baxışda belə görünür ki, gündəlik fəaliyyətlərdə nümunələri müşahidə etdiyimiz fırlanma hərəkəti mexanika qanunlarını pozur. Bu pozuntuda nədən şübhələnmək olar və hansı qanunlar?
Məsələn, ətalət qanunu. Hər hansı bir cisim, balanssız qüvvələr ona təsir etmədikdə, ya istirahətdə olmalı, ya da vahid düzxətli hərəkət etməlidir. Ancaq kürəyə yanal bir təkan versəniz, fırlanmağa başlayacaq. Vəsürtünmə olmasaydı, çox güman ki, əbədi olaraq fırlanırdı. Fırlanma hərəkətinin gözəl nümunəsi kimi, yer kürəsi də heç kəsin diqqətindən yayınmadan daim fırlanır. Belə çıxır ki, bu halda Nyutonun birinci qanunu keçərli deyil? Bu deyil.
Hərəkət edənlər: nöqtə və ya cisim
Fırlanma hərəkəti irəli hərəkətdən fərqlidir, lakin onların arasında çoxlu ümumi cəhətlər var. Bu növləri müqayisə etməyə və müqayisə etməyə dəyər, tərcümə və fırlanma hərəkətinin nümunələrini nəzərdən keçirin. Başlamaq üçün maddi cismin mexanikasını və maddi nöqtənin mexanikasını ciddi şəkildə ayırmaq lazımdır. Tərcümə hərəkətinin tərifini xatırlayın. Bu, bədənin hər bir nöqtəsinin eyni şəkildə hərəkət etdiyi bir hərəkətidir. Bu o deməkdir ki, zamanın hər bir xüsusi anında fiziki bədənin bütün nöqtələri böyüklük və istiqamətdə eyni sürətə malikdir və eyni trayektoriyaları təsvir edir. Buna görə də cismin tərcümə hərəkətini bir nöqtənin hərəkəti, daha doğrusu, onun kütlə mərkəzinin hərəkəti hesab etmək olar. Əgər başqa cisimlər belə bir cismə (maddi nöqtə) təsir etmirsə, o, sükunətdədir və ya düz xətt üzrə və bərabər şəkildə hərəkət edir.
Hesablama üçün düsturların müqayisəsi
Cismlərin (qlobus, təkər) fırlanma hərəkətinə dair nümunələr göstərir ki, cismin fırlanması bucaq sürəti ilə xarakterizə olunur. Zaman vahidi başına hansı bucaq altında dönəcəyini göstərir. Mühəndislikdə bucaq sürəti çox vaxt dəqiqədə inqilablarla ifadə edilir. Əgər bucaq sürəti sabitdirsə, onda cismin bərabər fırlandığını deyə bilərik. Nə vaxtbucaq sürəti bərabər artır, onda fırlanma vahid sürətlənmiş adlanır. Tərcümə və fırlanma hərəkətləri qanunlarının oxşarlığı çox əhəmiyyətlidir. Yalnız hərf təyinatları fərqlidir və hesablama düsturları eynidir. Bu, cədvəldə aydın görünür.
| İrəli hərəkət | Fırlanma hərəkəti | |
|
Sürət v Yol s Vaxt t Sürətlənmə a |
Bucaq sürəti ω Bucaq yerdəyişməsi φ Vaxt t Bucaq sürətlənməsi ą |
|
| s=vt | φ=ωt | |
|
v=at S=at2 / 2 |
ω=ąt φ=ąt2 / 2 |
Tərcümə və fırlanma hərəkətinin kinematikasında olan bütün tapşırıqlar bu düsturlardan istifadə etməklə eyni şəkildə həll edilir.
Yapışma gücünün rolu
Fizikada fırlanma hərəkəti nümunələrini nəzərdən keçirək. Bir maddi nöqtənin hərəkətini götürək - rulmandan ağır metal top. Onu dairəvi hərəkətə gətirmək mümkündürmü? Topu itələsəniz, düz bir xəttdə yuvarlanacaq. Topu hər zaman dəstəkləyərək çevrənin ətrafında sürə bilərsiniz. Ancaq kimsə yalnız əlini çıxarmalıdır və o, düz bir xətt üzrə hərəkət etməyə davam edəcəkdir. Buradan belə bir nəticə çıxır ki, bir nöqtə yalnız bir qüvvənin təsiri altında dairəvi hərəkət edə bilər.
Bu, maddi nöqtənin hərəkətidir, lakin bərk cisimdə belə bir hərəkət yoxdurnöqtə, lakin bir sıra. Birləşən qüvvələr onlara təsir etdiyi üçün bir-birinə bağlıdırlar. Nöqtələri dairəvi orbitdə saxlayan bu qüvvələrdir. Birləşən qüvvə olmadıqda, fırlanan cismin maddi nöqtələri fırlanan təkərdən uçan kir kimi bir-birindən ayrılacaqdı.
Xətti və bucaq sürətləri
Fırlanma hərəkətinin bu nümunələri bizə fırlanma və ötürmə hərəkəti arasında başqa bir paralel çəkməyə imkan verir. Tərcümə hərəkəti zamanı bədənin bütün nöqtələri müəyyən bir zaman nöqtəsində eyni xətti sürətlə hərəkət edir. Cism fırlandıqda onun bütün nöqtələri eyni açısal sürətlə hərəkət edir. Nümunələri fırlanan təkərin dirəkləri olan fırlanma hərəkətində fırlanan çarxın bütün nöqtələrinin bucaq sürətləri eyni olacaq, lakin xətti sürətlər fərqli olacaq.
Sürətləndirmə nəzərə alınmır
Xatırladaq ki, bir nöqtənin çevrə boyunca vahid hərəkətində həmişə bir təcil var. Belə bir sürətlənmə mərkəzdənqaçma adlanır. O, yalnız sürət istiqamətində dəyişikliyi göstərir, lakin sürət modulunun dəyişməsini xarakterizə etmir. Buna görə də bir bucaq sürəti ilə vahid fırlanma hərəkətindən danışmaq olar. Mühəndislikdə elektrik generatorunun volanının və ya rotorunun vahid fırlanması ilə bucaq sürəti sabit hesab olunur. Şəbəkədə sabit bir gərginlik təmin edə bilən generatorun yalnız sabit sayda inqilabı. Və volanın bu sayda inqilabı maşının hamar və qənaətcil işləməsinə zəmanət verir. Sonra misalları yuxarıda verilmiş fırlanma hərəkəti mərkəzdənqaçma sürətini nəzərə almadan yalnız bucaq sürəti ilə xarakterizə olunur.
Güc və onun anı
Tərcümə və fırlanma hərəkəti arasında başqa bir paralel var - dinamik. Nyutonun ikinci qanununa görə, cismin aldığı sürət, tətbiq olunan qüvvənin cismin kütləsinə bölünməsi kimi müəyyən edilir. Fırlanma zamanı bucaq sürətinin dəyişməsi qüvvədən asılıdır. Həqiqətən, bir qoz vidalanarkən, həlledici rol bu qüvvənin tətbiq olunduğu yerdə deyil, qüvvənin fırlanan hərəkəti ilə oynayır: qozun özünə və ya açar sapına. Beləliklə, cismin fırlanması zamanı translyasiya hərəkəti üçün düsturdakı qüvvənin göstəricisi qüvvənin anının göstəricisinə uyğun gəlir. Vizual olaraq bu, cədvəl şəklində göstərilə bilər.
| İrəli hərəkət | Fırlanma hərəkəti |
| Güc F |
Qüvvət anı M=Fl, burada l - çiyin gücü |
| İş A=Fs | İş A=Mφ |
| Güc N=Fs/t=Fv | Güc N=Mφ/t=Mω |
Bədənin kütləsi, forması və ətalət anı
Yuxarıdakı cədvəl Nyutonun ikinci qanununun düsturu ilə müqayisə edilmir, çünki bu, əlavə izahat tələb edir. Bu düstura bədənin ətalət dərəcəsini xarakterizə edən kütlə göstəricisi daxildir. Cism fırlandıqda onun ətaləti kütləsi ilə deyil, ətalət anı kimi kəmiyyətlə müəyyən edilir. Bu göstərici birbaşa bədən çəkisindən deyil, formasından asılıdır. Yəni, bədənin kütləsinin kosmosda necə paylanması vacibdir. Müxtəlif formalı gövdələr olacaqətalət anının fərqli dəyərlərinə malikdir.
Maddi cisim dairə ətrafında fırlandıqda onun ətalət anı fırlanan cismin kütləsi ilə fırlanma oxunun radiusunun kvadratının hasilinə bərabər olacaqdır. Əgər nöqtə fırlanma oxundan iki dəfə uzaqlaşarsa, onda ətalət anı və fırlanma sabitliyi dörd dəfə artacaq. Buna görə də volanlar böyük hazırlanır. Ancaq təkərin radiusunu çox artırmaq da mümkün deyil, çünki bu halda onun halqasının nöqtələrinin mərkəzdənqaçma sürətlənməsi artır. Bu sürətlənməni meydana gətirən molekulların birləşmə qüvvəsi onları dairəvi yolda saxlamaq üçün yetərli olmaya bilər və təkər çökəcək.
Son müqayisə
Fırlanma və köçürmə hərəkəti arasında paralel apararkən başa düşmək lazımdır ki, fırlanma zamanı bədən kütləsinin rolunu ətalət momenti oynayır. Onda Nyutonun ikinci qanununa uyğun gələn fırlanma hərəkətinin dinamik qanunu deyəcək ki, qüvvə momenti ətalət momenti ilə bucaq sürətinin hasilinə bərabərdir.
İndi siz tərcümə və fırlanma hərəkətində dinamika, impuls və kinetik enerjinin əsas tənliyinin bütün düsturlarını müqayisə edə bilərsiniz, onların hesablama nümunələri artıq məlumdur.
| İrəli hərəkət | Fırlanma hərəkəti |
|
Dinamikanın Əsas Tənliyi F=ma |
Dinamikanın Əsas Tənliyi M=Ią |
|
İmpuls p=mv |
İmpuls p=Iω |
|
Kinetik enerji Ek=mv2 / 2 |
Kinetik enerji Ek=Iω2 / 2 |
Proqressiv və fırlanma hərəkətlərinin çoxlu ortaq cəhətləri var. Yalnız bu növlərin hər birində fiziki kəmiyyətlərin necə davrandığını başa düşmək lazımdır. Məsələləri həll edərkən çox oxşar düsturlardan istifadə olunur, onların müqayisəsi yuxarıda verilmişdir.
