§14 Энергияныњ графикалыќ кµрінісі
§ 27.Инерциалды емес санақ жүйесі. Инерция күші
жүктеу/скачать 1,42 Mb.
|
| § 27.Инерциалды емес санақ жүйесі. Инерция күші.
Жоғарыда (&5,6) айтып өткеніміздей, Ньютонның заңдары тек инерциалды санақ жүйесінде ғана орындалады. Инерциалды жүйеге қатысты үдеумен қоз-ғалатын санақ жүйесін инерциалды емес деп аталады. Ал, Ньютон заңдары инерциалды емес санақ жүйесінде орындалмайды. Дегенмен, егер денелердің өзара әсер ету күшінен басқа, инерция күші де қарастырылса, онда динамика заңдарын инерциалды емеы санақ жүйесі үшін қолдануға болады. Сонымен инерция күшін ескерсек Ньютонның екінші заңы кез-келген са-нақ жүйесі үшін әділ болады: қарастырып отырған санақ жүйесіндегі дене-нің массасының үдеуге көбейтіндісі оған әсер ететін барлық күштердің қо-сындысына тең (инерция күшін қоса). Инерция күші Fинер мен денелердің бір-біріне әсер ету күші денеге / үдеу беруі керек, яғни ma/=F+Fинер (27.1) F=ma (а- инерциалды санақ жүйесіндегі үдеу) болғандықтан, ma/=ma+Fинер. Санақ жүйесінің үдемелі қозғалысына негізделген инерция күші берілген жүйеге қатысты, сондықтан ол күшті келесі жағдайларда көруге болады: 1)санақ жүйесінің үдемелі ілгерлемелі қозғалысы кезінде. 2) айналмалы са-нақ жүйесіндегі тыныштықта тұрған денеге әсер етуі кезінде.3) айналмалы санақ жүйесіндегі денеге әсер еткен кезде.Осы жағдайларды қарастырайық. 1.Санақ жүйесінің үдемелі ілгерлемелі қозғалысы кезіндегі инерция күші. Арбаның штативіне массасы m шарик ілініп тұр дейік.(40-сурет). Арба ты-ныштықта тұрғанда немесе бірқалыпты, түзусызықты қозғалғанда шарикті ұстап тұрған жіп көлденең қалыпта қалады және Р ауырлық күші Т жіп ре-акциясымен теңгеріледі. Егер арбаны үдеуі а0 ілгерлемелі қозғалысқа келтірсе, қорытқы күш F=P+T шарикке Q0 үдеу бергенге дейін жіп көлденең қалыптан бұрышқа ауытқи бастайды. Сонымен, қорытқы күш F арбаның Q0 үдеуіне қарай бағытталады, және қозғалыстағы шарик үшін F=mg tga=mQ0 осыдан жіптің көлденең қалыптан ауытқу бұрышы tg a=Q0/g, яғни неғұрлым үлкен болса, арбаның үдеуі соғұрлым үлкен. Үдей қозғалатын арбамен байланысты санақ жүйесіне қатысты шарик тыныштықта бола алады, егер F күш шамасы жағынан тең бағыты қарама-қарсы бағытталған Fинер инерция күшімен теңгерілсе. Соны-мен Fинер=-ma0 (27.2) Инерция күшін (ілгерлемелі қозғалыс кезінде) күнделікті құбылыстарда байқауға болады. Мысалы, поезд үдей қозғалғанда іщінде отырған адам ор-ындықтың арқасына жанасады. Керісінше, егер поезд оқыс тежелсе, инерция күші қарсы бағытталады да адам орындықтың арқасынан алыстайды. 2. Айналмалы санақ жүйесіндегі тыныштықтағы денеге әсер ететін инерция күші. Диск вертикаль осі бойынша бұрыштық жылдамдықпен бірқалыпты айналады дейік. Дисктің айналу осінен әртүрлі қашықтықта маятниктер орналастырылған (жіпке массасы m шарик ілінген). Маятниктер айналған кезде шариктер дискпен бірге белгілі бір бұрышқа ауытқиды (41-сурет). Дискпен байланысты инерциалды санақ жүйесінде шарик радиусы R шеңбер бойымен бірқалыпты айналады (R маятниктің бекітілген нүктесінен дисктің айналу осіне дейінгі арақашықтық). Оған әсер ететін күш F=mw2R және дисктің айналу осіне перпендикуляр бағытталған. Ол Р ауырлық күші мен Т жіптің керілу күштерінің тең әсері болып табылады: F=P+T Шариктің қозғалысы F=mg tg a=mw2R болғандықтан, tg a=w2R/g, яғни бұрыштық жылдамдық пен дисктің айналу осінен шарикке дейінгі ара қашықтық неғұрлым үлкен болса, маятниктің жіптерінің ауытқу бұрышы соғұрлым үлкен. Айналатын дискпен байланысты санақ жүйесіне қатысты шарик тыныштықта тұрады, сол уақытта, егер F күш оған тең және қарама-қарсы бағытталған күшке теңгерілсе. Бұл күш – инерция күші болып табылады, өйткені шарикке ешқандай басқа күштер әсер етпейді. Күш Fц центрден тепкіш инерциалды күш дисктің айналу осіне горизон-таль бағытталған және мынаған тең: Fц=-mw2/R (27.3). Сұйықтықтың ламинарлық ағысын оның қозғалыс жылдамдығы аса үлкен емес байқауға болады. Сұйықтықтың сыртқы қабаты түтіктің бетіне сіңіп, тыныштық күйде тұрады. Келесі қабаттарының жылдамдығы неғұрлым үлкен болса, түтік бетіне дейінгі ара қашықтық соғұрлым үлкен болады. Егер қабат түтіктің өсі бойымен қозғалса, оның жылдамдығы артады. Сұйық бөлшектерінің турбуленттік ағысы кезінде ағысқа перпендикуляр жылдамдық құраушылары пайда болады, сондықтан олар бір қабаттан екінші қабатқа өте алады. Сұйық бөлшектерінің жылдамдығы түтік бетінен алыстағанда жылдам артады, одан кейінгі қозғалысы елеусіз өзгереді. Жылдамдық градиенті үлкен болғандықтан, түтік бетінде құйынның пайда болуы іске асырылады. Түтік арқылы өтетін турбуленттік ағыс кезіндегі параболалық профильден айырмашылығын турбуленттік ағыс кезіндегі түтіктің қабырғаларында жылдамдықтың шапшаң өсуімен және аыстың центрлік бөлігінде қисықтың аз болуымен түсіндіруге болады. 1883 жылы ағылшын ғалымы О.Райнольдс (1842-1912) ағыстың сипаты шексіз шамаға тәуелді болады деп тұжырымдады. Ол шама Райнольдс саны деп аталады: мұндағы - кинематикалық тұтқырлық; - сұйық тығыздығы; - түтік қимасы арқылы өтетін сұйықтықтың орташа жылдамдығы; - сызықты өлшем, мысалы түтіктің диаметрі. Рейнольдс санының аз мәндерінде ламинарлық ағыс байқалады, турбуленттік ағыстан ламинарлық ағысқа өту аумағында байқалады, ал (тегіс түтік үшін) ағыс турбулентті. Егер Рейнольд саны әртүрлі сұйықтықтарда (газдарда) бірдей болады. жүктеу/скачать 1,42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|