«Физиканың таңдаулы тараулары» пәнінің оқу-әдістемелік кешені ПӘн глоссарийі физика
жүктеу/скачать 2,75 Mb.
|
Физика, таңдаулы тараулар. Лекция кешен
- Бұл бет үшін навигация:
- Жер бетіндегі өріс.
- Механикалық жұмыс
| ТАРТЫЛЫС ЗАҢДАРЫ
Бүкіләлемдік тартылыс заңы. Ауырлық күші, салмақ, салмақсыздық. Тартылыс өрісі туралы түсінік. Кеплер заңдары. Ғарыштық жылдамдықтар Гравитациялық күштер. Бүкіл әлемдік тартылыс заңы. Бұл заң массалары m1 және m2 арақашықтықтары r болатын екі дененің өзара әсерлесу күшін анықтайды. F = G , (2.5) мұндағы G = – гравитациялық тұрақты. Жер бетіндегі өріс. Жер радиусын Ro, ал оның бетінен массасы m денеге дейінгі арақашықтықты h деп белгілейік және h<< Ro болсын.Сонда ауырлық күші төмендегідей анықталады. , (2.6) мұндағы М – Жер массасы. Ауырлық күшін биіктікке тәуелсіз тұрақты деп алсақ, онда , (2.7) мұндағы – Жер бетіндегі еркін түсу үдеуі. Механикалық жұмыс Біз қоршаған ортада қандай да бір күшпен (тартылыс, серпімділік, тебіліс т.б.) біріне-бірі әсер етуші денелерді кездестіреміз. Сонда денелер тек күштердің әсерінен орын ауыстырады. Олай болса, күштердің денелердің орын ауыстыруымен байланысты әсеріне сипаттама беру қажет болады. Механикада мұндай сипаттамаға физикалық шама алынады және күштің орын ауыстыру бойымен бағытталған құраушысы неғұрлым көп, әрі күш түскен нүкте алысырақ жылжыса, онда ол шама соғұрлым үлкен болады. Бұл шама физикада жұмыс деп аталады. Түзу сызықты қозғалыс кезінде күш тұрақты және орын ауыстыру бойымен бағытталған жағдайда (12-сурет) жұмыс күші мен оның түскен нүктесінің орын ауыстыруының көбейтіндісіне пропорционал болады, яғни A=k Fs s Мұндағы k - пропорционалдық коэффициент, бұдан Fs=F cos және k=1 десек, онда (3.1) Сонымен жұмыс шамасы сан жағынан F күшінің, күш түскен нүктенің s орын ауыстыруының және күш бағыты мен орын ауыстыру арасындағы α бұрышы косинусының көбейтіндісіне тең болады. Жұмыс күш пен орын ауыстыру векторларының скалярлық көбейтіндісіне тең болғандықтан скаляр шама болып табылады. Егер де күш бағыты мен дененің орын ауыстыруының арасындағы бұрыш сүйір [α <900) болса, онда Fs cosα көбейтіндісі оң болады да , F күші оң жұмыс жасайды, яғни А>0, егер күш бағыты мен дененің орын ауыстыруының арасындағы бұрыш доғал [900< α <1800) болса, онда күштің жасаған жұмысы теріс болады, яғни А<0. Бұл кезде күш теріс жұмыс жасамайды, керісінше жұмыс түсірілген күшке қарсы, істелінеді дейді. Егер күш пен орын ауыстырудың арасындағы бұрыш α =900 болса, онда cosα=0 де жұмыс жасалмайды. Енді жұмыстың өлшем бірліктерін қарастырайық. Бірліктердің халықаралық жүйесінде жұмыс өлшеміне 1 Джоуль алынады, яғни күш бағыты мен орын ауыстырудың бағыты сәйкес келетін болса, онда 1Дж = 1Н /1м болады. Жолдың едәуір бөлігіндегі (қозғалыс қисық сызықты) айнымалы күштің жұмысы, жолдың жеткілікті аз бөлігіндегі элементар жұмыстардың қосындысы болып табылатынын түсіндіру керек, мұнда күш пен α бұрышы тұрақты деп алынады: Онда жолды шексіз аз элементтерге бөлгенде жұмыс интегралмен анықталады: (3.2) Жұмыстың графигі Fs (s) 13-суреттегі фигураның ауданымен сипатталады. Қуат Механизмнің жұмыс істеу шапшаңдығын сипаттайтын шаманы қуат деп атайбы. Егер Δt уақытта істелген жұмыс ΔA болса, онда осы уақыттағы орташа қуат мына формуламен өрнектеледі: Nорт = (3.3) Ал уақыттың берілген мезетіндегі қуат – лездік қуат деп аталады: (3.4) яғни жұмыстың уақыт бойынша алынған туындысымен анықталады. Қуаттың өлшемі Ватт [Вт]: 1В=1Дж/ сек Егер қозғалтқыштың (двигательдің) жұмыс істеуі кезінде қуаты тұрақты болса, оның қозғалысы бірқалыпты және жылдамдығын v десек, онда (3.4) формула мына түрде өзгереді. (3.5) Энергия Табиғатта жұмыс істеу салдарынан материя қозғалысының формасы бір түрден екінші түрге өзгеріп отырады. Материалдық обьектінің бір күйден екінші күйге көшкенде жұмыс істеу қабілетін энергия деп атаймыз. Сондықтан жүйе қалыпты күйге көшу кезінде неғұрлым көп жұмыс істесе, оның энергиясы соғұрлым көбірек болады. Яғни, материалдық обьектінің жұмыс істеу қабілетінің сандық мөлшерін сипаттайтын физикалық шаманы энергия деп ұғу керек. Осы себептен жұмыс қандай өлшем бірлікпен өлшенсе, энергия да сол өлшем бірлігімен, яғни джоульмен өлшенеді. Материалдық жүйенің қандай формада қозғалуына байланысты энергия да әр түрлі болады. Мысалы: механикалық, ішкі, электромагниттік т.б. Механикалық энергия түрін қарастырайық. Кинетикалық энергия. Бұл ұғымды еркін денеге әсер етуші күштің жұмысын есептеу арқылы түсіндіруге болады. Яғни, белгілі бір күштің әсерінен қозғалған материалдық нүктенің немесе дененің жылдамдығы өзгеріп отырады. Түсірілген күштің істеген жұмысы дененің жылдамдығының өзгеруіне байланысты. Бұл байланыс материалдық нүктенің кинетикалық энергиясы деп аталатын физикалық шама арқылы өрнектеледі. Материалдық дененің кинетикалық энергиясын анықтайық. Сонда массасы m, жылдамдығы v материалдық дене екінші бір денемен әсерлесуінің салдарынан өзінің қозғалысын тоқтатады. Сол кездегі инерция күші Ньютонның екінші заңы бойынша мынаған тең: мұндағы - дененің уақытқа байланысты жылдамдығының өзгерісі, ал теріс таңба сол жылдамдықтың кемуін көрсетеді. Егер дене инерция күшінің нәтижесінде ds -ке орын ауыстырса, онда істелген жұмысы dA=Fds болады, сонда (3.6) Енді қозғалыстағы дене толық тоқтауы кезінде істелген жұмысты табу үшін соңғы өрнекті интегралдаймыз, яғни Сонымен F күшінің істелген жұмысы кинетикалық энергия деп аталатын (mv2/2) шамаға тең болады, оны Ek әрпімен белгілейміз: (3.7) Сонда, массасы m денеге v жылдамдық беру үшін түсірілген күш -қа тең оң жұмыс істеуі керек. Егер бірнеше материалдық нүктелер жүйесін қарастырсақ, онда (3.7) формуланы ескере отырып, жұмысты мына түрде өрнектеуге болады: (3.8) Жүйенің Ek кинетикалық энергиясы деп, осы жүйені құрайтын барлық материалдық нүктелердің кинетикалық энергияларының қосындысын айтады. Қорыта келгенде, жүйенің кинетикалық энергиясының өзгерісі жүйені құрайтын нүктелерге түсірілген барлық күштердің жұмысына тең болады. Потенциалдық энергия. Материалдық нүкте ретінде қарастырылып отырған дене, өзін айнала қоршаған денелермен әсерлесе отырып, бір орнынан екінші орынға қозғалсын дейік. Демек, ол денеге күштер әсер етеді, бұл жағдайда дене күш өрісінде қозғалады деп айтылады. Ондай күштер: тартылыс, серпімділік, ауырлық, электромагниттік т.б. болуы мүмкін. 1 mg g 2 h1 h2 v mg x 14 -сурет Сонымен, потенциалдық энергия денелердің немесе олардың бөлшектерінің өзара орналасуы кезіндегі жұмыс қорымен өлшенеді. Мысалы, материалдық нүкте ауырлық күшінің біртекті өрісінде қозғалғанда, яғни денені бір деңгейден екінші деңгейге көтергенде істелетін жұмысты есептеу арқылы потенциалдық энергияны табуға болады. Яғни, массасы m дене Жер бетінен h биіктікке көтерілсін, онда оның потенциалдық энергиясы (Ep) мына шамаға тең(14 -сурет): (3.9) немесе Ауырлық күші тұрақты болғандықтан (P=mg), (3.10) Айталық, дене Жер бетінен Н биіктікке қисық сызықты (қисық сызықтың әрқайсысын түзу сызықты кесінді деп есептеуге болатындай етіп, бірнеше элементар кесінділерге бөлеміз) траектория арқылы көтерілсін делік, сонда оның энергиясы ауырлық күшінің жұмысы арқылы сипатталады. Әрбір элемент үшін істелінген жұмыс 15-суреттегідей: Егер барлық қисық сызық үшін есептейтін болсақ, онда (3.11) Яғни, дене кез келген қисық сызық бойымен қозғалған кезде ауырлық күшінің жұмысы дене жолының бастапқы және соңғы нүктелері биіктіктерінің айырымына тең H–тың бойымен тік көтерілу кезінде істелінген жұмысқа тең болады. Сөйтіп, ауырлық күші өрісінде істелген жұмыс жолдың формасына және ұзындығына байланысты емес, тек жолдың соңғы нүктесінің бастапқы нүктесіне қарағанда қаншама биік жатқандығына байланысты. Ауырлық күштерден басқа да, қозғалыстың тек бастапқы және соңғы нүктелеріне байланысты өзгеретін күштер болады. Оларды консервативті күштер деп атайды. Дене консервативті күштердің өрісінде қозғалғанда потенциалдық энергия туралы ұғым енгізуге болады, сонда консервативті күштердің жұмысын 0 және 1 күйдегі потенциалдық энергияның айырымымен өрнектеуге болады: (3.12) немесе
Сонымен, массасы m дене h биіктікке көтерілгенде, оның потенциалдық энергиясы mgh-қа тең болады. Жер бетіндегі дененің потенциалдық энергиясы шартты түрде нөлге тең деп қабылданады. Егер дене h биіктіктен төмен түссе, ол оң жұмыс, егер төменнен жоғары h биіктікке көтерілсе, онда ол теріс жұмыс істейді. Потенциалдық энергияның абсолют мәні өлшенбейді, бірақ әр уақытта нақты тұрақты мәнге дейінгі дәлдікпен бағаланатынын түсіну өте маңызды. Бұл айтқанымыз жоғары көтерілген дененің потенциалдық энергиясы мысалынан анық байқалады, оның мәні қалауымызша тағайындалған бастапқы деңгейге тәуелді. жүктеу/скачать 2,75 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|