Спортпен шұғылдану деген міндетті түрде спорттық жеңіске жету деген мақсат емес, денсаулықты сақтау, организмді дұрыс қалыптастыру, демек, ұзақ өмір сұру денені шынықтыру мақсаты болу керек
жүктеу/скачать 78,65 Kb.
|
Адам құрылымының биомеханикалық ерекшеліктері
1
| Динамика– материялық денелердің сыртқы күштерінің әсерінен болатын қозғалысын зерттейтін механиканың бөлімі. Динамиканың негізгі қағидалары И.Ньютонның үш заңы түрінде тұжырымдалып, есеп шығаруға қажетті теңдеулері мен теориялары сол заңдардың салдары ретінде алынады. Динамиканың бірінші заңы бойынша: күш әсер етпеген жағдайда әрбір дене өзінің тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалысын сақтап қалады; бастапқы күйін өзгерту үшін оған басқа материалық денелер әсер етуі керек. Екінші заң бойынша: күш (F) әсер еткенде массасы m материалық нүктенің алатын үдеуі (w), түсірілген күшке тура пропорционал және сол әсер еткен бағытпен бағыттас болады:
mw=F Үшінші заң бойынша екі материялық нүкте бір-біріне шама жағынан тең, бағыты жағынан қарама-қарсы күштермен әсер етеді. «Әсер» және «қарсы әсер» деп аталатын бұл күштер бір түзудің бойымен бағытталады және әр түрлі денелерге түсіріледі. Бұл негізгі заңдарға күш әсерінің тәуелсіздік заңы қосылады. Бұл заң бойынша денеге бірнеше күш әсер еткенде әр күштің тудыратын үдеуі оның әрқайсысы жеке әсер еткенде тудыратын үдеуге тең, ал теңдеудегі F сол күштердің тең әсерлі күші болады. Динамикада екі типтегі есептер қарастырылады. Бірінші типтегі есептерде дененің қозғалысын біле отырып, оған әсер ететін күштер анықталады. Мұндай есепке планеталардың И.Кеплер ашқан қозғалу заңдылықтарына сүйене отырып, И.Ньютонның бүкіл әлемдік тартылыс заңын ашуы мысал бола алады. Техникада мұндай есептер дененің қозғалысын шектейтін басқа денелерге, яғни механикалық байланыстарға түсірілетін күштерді анықтауда кесдеседі. Динамиканың негізгі есебі болып саналатын екінші типтегі есептерде денеге әсер етуші күштер бойынша дененің қозғалу заңдылығы анықталады. Мұндай есептерді шешкенде бастапқы шарттарды, яғни қозғалыс басталар кезіндегі дененің орны мен жылдамдығын білу қажет. Бұл есептер қатарына снарядтың зеңбірек оқтығынан шығар кездегі жылдамдығы мен оған ұшу кезінде әсер ететін күштер (ауырлық күші мен ауаның кедергісі) бойынша снарядтың қозғалу заңын табу, вагонның салмағы мен рессордың серпімділік күшінің шамасы бойынша оның тербелес заңын анықтау сияқты есептер жатады. Динамиканың есептері дифференциалдық түрде жазылған қозғалыс теңдеулерінің көмегімен шешіледі. Қозғалыс теңдеулері жүйеге әсер етуші күшті, қозғалған жүйенің инерттілігін көрсететін шаманы және жүйенің кеңістіктегі орнын немесе оның бөліктерінің жылдамдығын анықтайтын параметрлер арасындағы байланысты тағайындайды. Жеке материалдық нүкте үшін бұл теңдеудің динамиканың 2-ші заңы, яғни өрнектегі векторлық теңдеу түрінде беріледі. Қатты денелер мен басқа да механикалық жүйелердің қозғалысын өрнектейтін дифференциалдық теңдеулер динамиканың 2-ші және 3-ші заңдарының салдары ретінде алынады. Механика жүйенің қозғалысын зерттеуде динамиканың 2-ші және 3-ші заңдарының салдары ретінде алынатын динамиканың жалпы теоремалары жиі қолданылады. Бұл теоремалар қозғалыстың басты динамикалық сипаттамаларының арасындағы байланыстарды анықтайды; сонымен қатар қарастырылатын құбылыстың практикалық маңызды бөлігін бөліп алып, жеке зерттеулер мүмкіндік береді. Олардың қатарына қозғалыс мөлшері моментінің және жүйенің кинетикалық энергиясының өзгеруі жөніндегі теориялар жатады. Қозғалыс теңдеулерін тек Ньютон заңдарын пайдаланып қана емес, динамиканың жалпы принциптерінен шығатын садар ретінде де жазуға болады. Бұл принциптер қатарына механикалық вариациялық принципі, Д,Аламбер принципі және Д,Аламбер – Лагранж принциптері жатады. Инерциялық санақ жүйесіндегі денелердің қозғалысы ғана теңдеу түрінде өрнектеледі. Ал инерциялық емес санақ жүйелеріндегі денелердің қозғалысын теңдеумен өрнектеу үшін F күшіне инерциялық күштерді қосу керек. Мұндай есептер жер бетіндегі қозғалатын денеге Жердің өз осінен айналуының әсерін ескергенде және қозғалыстағы объектілерге (кемелер, самолеттер, ракеталар т.б.) орнатылған приборлар мен қондырғылардың қозғалысын зерттегенде пайда болады. Күш әсеріндегі дененің қозғалысын жалпылама зерттеулермен қатар, динамикада гидроскоп теориясы, механик.тербелістер теориясы, қозғалыстың орнықтылық теориысы, соққы теориясы сияқты дербес мәселелерде қарастырылады. Зерттелетін объектінің қасиетіне қарай динамика материалық нүкте динамикасы, серпімді және пластикалық деформацияланатын денелер динамикасы, сұйық пен газ динамикасы деп бірнеше тарауларға бөлінеді. Динамика тәсілдерін нақтылы объектілерге қолдану нәтижесінде аспан механикасы, сыртқы баллистика, самолет және ракета динамикасы т.б. механиканың салалары пайда болады. Ньютон заңдарына негізделген динамиканы классикалық динамика деп атайды. Кез келген дененің (микробөлшектерден басқа) жарық жылдамдығынан төмен жылдамдықтағы қозғалысының заңдылықтарын ашатын классикалық динамиканың тәсілдері жаратылыс тану мен техникада маңызды орын алады. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалған дененің қозғалысы салыстырмалық теориясында, ал өте ұсақ бөлшектердің (микробөлшектердің) қозғалу заңдылығы кванттық механикада қарастырылады. Механика – машина туралы ғылым, машина жасау өнері – материялық денелердің механикалық қозғалысы және сол қозғалыс кезінде денелер арасында болатын өзара әсерлер туралы ғылым. Уақыттың өтуіне байланысты денелер не олардың бөлшектерінің кеңістіктегі орнының өзгеруі механикалық қозғалыс деп аталады. Механика тәсілінің көмегімен зерттелертін мұндай қозғалысқа табиғаттағы аспан денелерінің қозғалысы, жер қыртысының тербелісі, ауа мен теңіздегі ағындар, молекулалардың жылулық қозғалысы т.б. техникадағы әр түрлі ұшатын аппараттардың және транспорт құралдарының, әр алуан двигатель бөлшектерінің, машиналар мен механизмдердің қозғалысы, әр алуан конструкциялар мен ғимараттар элементтерінің деформациясы, сұйықтар мен газдардың қозғалысы т.б. жатады. Механикада денелердің бір-біріне тигізетін әсерінің нәтижесінде олардың механикалық қозғалысын өзгертетін өзара әсерлер қарастырылады. Бұған бүкіл әлемдік тартылыс заңы бойынша денелердің өзара тартылысы, бір-біріне жанасатын денелердің өзара қысымы, сұйық не газ бөлшектерінің бір-біріне және олардың ішіне орналасқан денелерге өтетін әсері т.б. жатады. Механика деп әдетте классикалық механиканы айтады. Мұның негізіне механикадағы Ньютон заңдары алынады. Классикалық механикада жарық жылдамдығынан әлдеқайда аз жылдамдықпен қозғалатын материалық денелердің (элементар бөлшектерден басқа) қозғалысы қарастырылады. Жарық жылдамдығына жуық жылдамдықпен қозғалатын денелердің қозғалысы денелердің қозғалысы салыстырмалық теориясында, ал атом ішіндегі қыбылыстар мен элементар бөлшектер қозғалысы кванттық механикада зерттеледі. Механикада материялық денелер қозғалысын зерттеу кезінде нақты денелердің белгілі бір қасиеттерін бейнелеу үшін бірнеше абстрактілік ұғымдар ендіріледі. Мысалы: 1) Материялық нүкте – мөлшерін елемеуге болатын, массасы бар объект. Бұл ұғым нүктелер арасындағы қашықтықпен салыстырғанда дене мөлшері ескерілмейтін қозғалыс күшін қолданылады. 2) Абсолют қатты дене – кез келген екі нүктесінің ара қашықтығы өзгермейтін дене. Бұл ұғым дене деформацияланбаған жағдайда қолданылады. 3) Өзгермелі тұтас орта ұғымы өзгеретін орта (деформацияланған дене, сұйық, газ) қозғалысын зерттеу кезінде осы ортаның молекулалық құрылымын елемеуге болатын жағдайда қолданылады. Тұтас ортаны зерттеу кезінде (берілген шарттарда) нақты денелердің ең маңызды қасиеттерін бейнелейтін төмендегідей абстракциялар пайдаланылады: идеал серпімді дене, пластикалық дене, идеал сұйық, тұтқар сұйық, идеал газ т.б. Осыған байланысты механика материялық нүктелер мезаникасы, материялық гнүктелер жүйесінің механикасы, абсолют қатты дене механикасы және тұтас орта механикасы болып бөлінеді. Соңғысы серпімділік теориясы, пластикалық теориясына, гидродинамикаға, аэродинамикаға, газ динамикасына т.б. ажыратады. Шығарылатын сепетердің сипатына қарай бұл бөлімдердің әрқайсысы статика (күш әсерінен болатын денелер тепе-теңдігі туралы ғылым), кинетика (денелер қозғалысының геом.қасиеттері туралы ғылым) және динамика (күш әсерінен болатын денелер қозғалысы туралы ғылым) бөлімдеріне ажыратылады. Динамикада негізгі екі есеп қарастырылады: дененің берілген қозғалысына себепші болатын күштерді табу және денеге әсер ететін күштер белгілі болған кездегі дене қозғалысын анықтау. Механиканың есептерін шығару үшін математиканың әр алуан тәсілдері кеңінен қолданылады. Денелердің механик.қозғалысы бағынатын негізгі заңдар мен принциптерді және олардан шығатын жалпы теоремалар мен теңдеулерді зерттеу жалпы немесе теориялық механиканың мазмұнын құрайды. Өзіндік жеке маңызы бар: тербеліс теориясы, тепе-теңдіктің және қозғалыстың орнықтылық теориясы, гидроскоп теориясы, массасы айнымалы денелер механикасы, автоматтық реттеу теориясы, соққы теориясы механиканың бөлімдері болып есептеледі. Механикада, әсіресе тұтас орта механикасында, әр түрлі механикалық, оптикалық, электрлік т.б. физ.тәсілдер мен приборлардың көмегімен жүргізілетін эксперименттік зерттеулер маңызы орын алады. Механика физиканың көптеген бөлімдерімен тығыз байланысты. Механиканың көптеген жылпыланған ұғымдар мен тәсілдері оптикада, статистикалық физикада, кванттық механикада, электродинамикада, салыстырмалық теориясында т.б. қолданылады. Механиканың бірқатар бөлімдерінің астрономия үшін, әсіресе аспан механикасы үшін ерекше маңызы бар. Механика қазіргі техниканың көптеген салаларының ғылми негізі болып саналады. Механиканың негізгі ұғымдары мен тәсілдері. Механкиадағы қозғалыстың негізгі кинематикалық өлшемі ретінде нүкте үшін жылдамдық пен үдеу, ал дене үшін оның ілгерілмелі қозғалысының жылдамдығы мен үдеуі және дененің айналмалы қозғалысының бұрыштық жылдамдығы мен бұрыштық үдеуі алынады. Механикадығы материялық денелердің механикалық өзара әсерінің негізгі өлшемі күш болып есептеледі. Механикада мұнымен қатар нүктеге және оське қарағандағы күш моменті ұғымы да пайдаланылады. Дене қозғалысы әсер ететін күштерден басқа оның инерттілік дәрежесіне, яғни түсірілген күштердің әсерінен дене өзінің қозғалысын қандайлық шапшаңдықпен өзгерте алатындығына да тәуелді болады. Материялық нүкте үшін инерттілік өлшеміне нүкте массасы деп аталатын шама алынады. Материялық дене инерттілігі дененің массасы ғана емес, массаның денеде тарлуына да тәуелді болады. Ол масса центрінің орнымен, сондай-ақ осьтен және ценртден тепкіш инерция моментерімен сипатталады. Механика негізіне И.Ньютонның үш заңы алынды. Оның алғашқы екеуі инерциялық санақ жүйесіне қарағанда дұрыс болады. Ньютонның екінші заңы нүкте динамикасының есебін шешетін негізгі теңдеуді, ал бұл заң мен Ньютонның үшінші заңы біріге отырып, материялық нүктелер жүйесі динамикасының есесбін шешетін негізгі теңдеуді береді. Механиканың есептерін шешу үшін қозғалыстың динамикалық өлшемдері деп аталатын ұғымдар енгізіледі. Оларға қозғалыс мөлшері, қозғалыс мөлшерінің моменті (немесе кинетикалық момент), кинетикалық энергия және күш әсерінің өлшемдері болатын күш импульсі мен жұмыс жатады. Қысқаша тарихи очерк. Механика – ежелгі ғалымдардың бірі. Ол қоғамның өндіргіш күштерінің өркендеуіне, практиканың мұқтажына байланысты пайда болып дамыды. Құрылыс техникасының талабына сәйкес механиканың басқа бөлімдерінен бұрынырақ статика дами бастады. Статика (қарапайым машиналардың қасиеттері) туралы қарапайым мәліметтер б.з.б. бірнеше мыңдаған жылдар бұрын Ежелгі Вавилон мен Египеттегі құрылыс қалдықтары куә. Грецияда механика жөнінде жазылған трактаттардан ең бірінші бізге жеткені – Аристотельдің (б.з.б.4ғ.) натурфилософиялық шығармалары. Ол ғылымға «Механика» терминін енгізді. Статиканың ғылыми негізін Архимед (б.з.б.3ғ.) салды. Статика жөніндегі зерттеулерге Леонардо да Винчи (15 ғ.), голланд ғалымы Стевин (16 ғ.), франц. ғалымдары П.Вариньон (17 ғ.) мен Л.Пуансо (19 ғ.) елеулі үлес қосты. Қозғалысты зерттеу мәселесі де өте әріден басталады. Күрделі қозғалыс жөініндегі қарапайым кинематикалық есептерді шешу Аристотель шығармаларында, сондай-ақ ежелгі грек ғалымдарының астрон. теорияларында байқалады. Алайда Аристотельдің динамикалық ілімінің қате қағидалары бар еді. Динамиканың, сондай-ақ бүкіл механиканың, ғылыми негізінен жасалу дәуірі 17 ғ. Болды. Бұған дейінгі үстемдік етіп келген Аристотель ілімінің күйреуінде Н.Коперник (16 ғ.) ілімі елеулі роль атқарды. И.Кеплердің планеталар қозғалысының кинетикалық заңдарын ашуы (17 ғасырдың басында) механиканың дамуында маңызды қадам болды. Г.Галилей Аристотель динамикасының қате қағидаларын біржолата теріске шығарып, қазіргі механиканың ғылыми негізін салды. Галилейдің замандасы – Р.Декарт өзінің механикасы жөніндегі жүргізген зерттеулеріне жалпы түрде тұжырымдалған инерция заңын негіз етіп алды. Механиканың одан әрі дамуына Х.Гюйгенс үлкен үлес қосты. Механиканың заңдарының ең жетілдірілген тұжырымдамасын И.Ньютон берді (1687). Ол өзінің бұрынғы зерттеуші ғалымдардың жұмыстарын қорытындылай отырып, күш туралы ұғымды жалпылады және механикаға масса туралы ұғымды енгізді. Ньютон зерттеулері классикалық механиканың негізін жасаумен аяқталады. 18 ғ-дан бастап материялық нүктелер, нүктелер жүйесі және қатты денелер механикасының, сондай-ақ аспан механикасының есептерін шешудің аналитикалық тәсілдері қауырт дами бастады. Ньютон мен Лейбниц ашқан шексіз аз есептеулер теориясы аспан механикасында қолданылады. Әсіресе шексіз аз есептеулерді механика есептерін шешу үшін қолдануда Л.Эйлер көп еңбек етті. Механиканың барлық таралу 19 ғ-да онан әрі қауырт дами бастайды. Қатты дене динамикасында Эйлер және Лагранж, кейін С.В.Ковелевская т.б. жүргізген зерттеулер гироскоп теориясының жасалуына негіз болды. Механика принциптерінің одан әрі дамуы үшін М.В.Остроградский, У.Гамильтон, К.Якоби, Г.Герц т.б. еңбектерінің маңызы зор болды. Мезханиканың және бүкіл жаратылыс тану ғылымының түбегейлі проблемасы – тепе-теңдіктің және қозғалыстың орнықтылығы жөнінде Лагранж, ағыл. Ғалымы Э.Раус және Н.Е.Жуковский аса маңызды қорытындылар жасады. Мұның дәлірек теориясы А.М.Ляпунов жасады. 19 ғ-да динамикамен қатар механиканың өз алдына саласы ретінде кинематика да дами бастады. Француз ғалмы Г.Кориолис үдеудің құраушылары жөніндегі теореманы дәлелдеді. «Үдеу» терминін кинематикаға француз ғалмдары Ж.Понселе, А.Резаль енгізді. Механизмдер кинематикасы жөніндегі іс жүзінде қолданылатын зерттеулердің маңызы арта түсті. Бұл жөнінде П.Л.Чебышев елеулі үлес қосты. 19 ғ-дың 2 жартысында кинематика механиканың жеке тарауы ретінде бөлініп шықты. 19 ғ-да тұтас орта механикасы одан әрі дамыды. Л.Навье және О.Коши еңбектерінің серпімділік теориясының жалпы теңдеуі алынады. Бұл салада Дж. Грин, С.Пуассон, А.Сен-Венан, М.Б.Остроградский, Г.Ламе, У.Томсон, Г.Кирхгоф т.б. түбегейлі зерттеулер жүргізді. Навье мен Дж. Стокс жүргізген зерттеулердің нәтижесінде тұтқыр сұйық қозғалысының дифференциалдық теңдеулері алынды. 20 ғ-дан бастап механиканың жаңа салалары дами бастады. Электро- және радиотехниканың т.б. қажетіне байланысты сызықты емес тербелістер теориясы деп аталатын ғылымның жаңа саласы пайда болды. Бұл теорияның негізіне Ляпунов пен Пуанкаре еңбектері алынды. Механиканың бұдан басқа бір тарауы (реактивтік қозғалыс теориясы сүйенетін) массасы айнымалы денелер динамикасы деп аталды. Мұның негізін 19 ғ-дың аяғында И.В.Мещерский салған еді. Ракета қозғалысының теориясы жөніндегі алғашқы зерттеулерді К.Э.Циолковский жүргізген. Тұтас орта мехаинкасы аэродинамика (негізін Жуковский салған және газ динамикасы (негізін С.А.Чаплыгин салған) деп аталатын аса маңызды екі бөлімнен тұрады. Механиканың қазіргі проблемалары. Қазіргі механиканың маңызды проблемаларына жоғарыда аталған тербелік теориясы (әсіресе сызықты емес тербеліс теориясы), қатты дене динамикасы, қозғалыстың орнықтылық теориясы, сондай-ақ массасы айнымалы денелер механкиаыс мен космостық ұшу динамикасы тәрізді механиканың бөлімдерінде шешілуі тиісті мәселелер жатады. Тұтас орта механикасында пішіні өзгерген микробөлшектердің күйін зерттеу мәселесі актуальды проблеманың бірі болып отыр. Механиканың көптеген есептері плазманың магнит өрісіндегі қозғалысын зерттеуге арналған. Бұл мәселенің шешілуі термоядролық реакцияны басқару проблемасын шешуге көмектеседі. Механиканың әр түрлі салалары бойынша зерттеулер еліміздің ун-ттерінде, жоғары тех.оқу орындарында механика проблемалары интында, сондай-ақ шетелдерде де жүргізіледі. Бұл жөніндегі зерттеулердің қорытындысы түрлі мерзімді басылымдарда жарияланып отырады. Механика жөніндегі ғылми зерттеулерді координациялау үшін теориялық және іс жүзінде қолданылатын механика бойынша халықар.конгрестер мен конференциялар жүйелі түрде өткізіліп тұрады. Бұл мәселеге арналған конгрестер мен конференциялар қазақстанның өзінде де жиі-жиі болып тұрады. жүктеу/скачать 78,65 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|