Ֆիզիկայի հատուկ բաժնում՝ դինամիկա, երբ ուսումնասիրում են մարմինների շարժումը, հաշվի են առնում շարժվող համակարգի վրա ազդող ուժերը։ Վերջինս կարող է ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական աշխատանք կատարել։ Դիտարկենք այս հոդվածում, թե որն է շփման ուժի աշխատանքը և ինչպես է այն հաշվարկվում:
Աշխատանքի հայեցակարգը ֆիզիկայում
Ֆիզիկայի մեջ «աշխատանք» հասկացությունը տարբերվում է այս բառի սովորական գաղափարից: Աշխատանքը հասկացվում է որպես ֆիզիկական մեծություն, որը հավասար է ուժի վեկտորի և մարմնի տեղաշարժի վեկտորի սկալյար արտադրյալին։ Ենթադրենք, որ կա ինչ-որ առարկա, որի վրա գործում է F¯ ուժը: Քանի որ դրա վրա այլ ուժեր չեն գործում, դրա տեղաշարժման վեկտորը l¯ կհամընկնի F¯ վեկտորի ուղղությամբ: Այս վեկտորների սկալյար արտադրյալն այս դեպքում կհամապատասխանի նրանց մոդուլների արտադրյալին, այսինքն՝
A=(F¯l¯)=Fl.
Ա արժեքը F¯ ուժի աշխատանքն է՝ օբյեկտը l հեռավորության վրա տեղափոխելու համար: Հաշվի առնելով F և l արժեքների չափերը, մենք գտնում ենք, որ աշխատանքը SI համակարգում չափվում է նյուտոններով մեկ մետրի համար (Nm): Այնուամենայնիվ, միավորըNm-ն ունի իր անունը՝ դա ջուլ է։ Սա նշանակում է, որ աշխատանք հասկացությունը նույնն է, ինչ էներգիա հասկացությունը։ Այլ կերպ ասած, եթե 1 Նյուտոնի ուժը շարժում է մարմինը 1 մետրով, ապա համապատասխան էներգիայի ծախսերը կազմում են 1 ջոուլ։
Ի՞նչ է շփման ուժը:
Շփման ուժի աշխատանքի հարցի ուսումնասիրությունը հնարավոր է, եթե գիտեք, թե ինչ ուժի մասին է խոսքը։ Շփումը ֆիզիկայում մի գործընթաց է, որը կանխում է մի մարմնի ցանկացած շարժում մյուսի մակերևույթի վրա, երբ այդ մակերեսները շփվում են:
Եթե դիտարկենք միայն պինդ մարմինները, ապա դրանց համար կա շփման երեք տեսակ.
- հանգիստ;
- slip;
- rolling.
Այս ուժերը գործում են շփվող մակերեսների միջև և միշտ ուղղված են մարմինների շարժմանը:
Հանգիստ շփումը կանխում է ինքնին շարժումը, սահող շփումը դրսևորվում է շարժման գործընթացում, երբ մարմինների մակերեսները սահում են միմյանց վրայով, իսկ պտտվող շփում գոյություն ունի մակերևույթի վրա գլորվող մարմնի և մակերևույթի միջև։
Ստատիկ շփման գործողության օրինակ է մեքենան, որը ձեռքի արգելակի վրա է բլրի լանջին: Սահող շփումը դրսևորվում է, երբ դահուկորդը շարժվում է ձյան վրա կամ չմշկորդը շարժվում է սառույցի վրա: Ի վերջո, շարժվող շփումը գործում է, երբ մեքենայի անիվը շարժվում է ճանապարհի երկայնքով:
Շփման բոլոր երեք տեսակների համար ուժերը հաշվարկվում են հետևյալ բանաձևով.
Ft=μtN.
Այստեղ N-ը օժանդակ ռեակցիայի ուժն է, μt-ը շփման գործակիցն է: Ուժի Նցույց է տալիս մակերեսի հարթությանը ուղղահայաց մարմնի վրա հենարանի ազդեցության մեծությունը։ Ինչ վերաբերում է μt պարամետրին, այն փորձնականորեն չափվում է քսող նյութերի յուրաքանչյուր զույգի համար, օրինակ՝ փայտ-փայտ, պողպատ-ձյուն և այլն: Չափված արդյունքները հավաքվում են հատուկ աղյուսակներում։
Շփման յուրաքանչյուր ուժի համար μt գործակիցն ունի իր սեփական արժեքը ընտրված զույգ նյութերի համար: Այսպիսով, ստատիկ շփման գործակիցը ավելի մեծ է, քան սահող շփման գործակիցը մի քանի տասնյակ տոկոսով։ Իր հերթին, գլորման գործակիցը 1-2 կարգով փոքր է սահելու համար:
Շփման ուժերի աշխատանք
Այժմ, ծանոթանալով աշխատանքի հասկացություններին և շփման տեսակներին, կարող եք անմիջապես անցնել հոդվածի թեմային։ Եկեք հերթականությամբ դիտարկենք շփման ուժերի բոլոր տեսակները և պարզենք, թե ինչ աշխատանք են նրանք կատարում:
Սկսենք ստատիկ շփումից: Այս տեսակը դրսևորվում է, երբ մարմինը չի շարժվում։ Քանի որ շարժում չկա, նրա տեղաշարժման վեկտորը l հավասար է զրոյի: Վերջինս նշանակում է, որ ստատիկ շփման ուժի աշխատանքը նույնպես հավասար է զրոյի։
Սահող շփումը, ըստ սահմանման, գործում է միայն այն ժամանակ, երբ մարմինը շարժվում է տարածության մեջ: Քանի որ այս տեսակի շփման ուժը միշտ ուղղված է մարմնի շարժման դեմ, նշանակում է, որ այն բացասական աշխատանք է կատարում։ A-ի արժեքը կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով բանաձևը՝
A=-Ftl=-µtNl.
Սահող շփման ուժի աշխատանքը ուղղված է մարմնի շարժման դանդաղեցմանը։ Այս աշխատանքի արդյունքում մարմնի մեխանիկական էներգիան վերածվում է ջերմության։
Գլորվող շփումը, ինչպես սահելը, ներառում է նաև մարմնի շարժում: Գլորվող շփման ուժը բացասական աշխատանք է կատարում՝ դանդաղեցնելով մարմնի սկզբնական պտույտը։ Քանի որ խոսքը մարմնի պտույտի մասին է, ապա հարմար է այդ ուժի աշխատանքի արժեքը հաշվարկել նրա իմպուլսի աշխատանքի միջոցով։ Համապատասխան բանաձևը գրված է հետևյալ կերպ՝
A=-Mθ որտեղ M=FtR.
Այստեղ θ-ը պտտման արդյունքում մարմնի պտտման անկյունն է, R-ը մակերեսից մինչև պտտման առանցքը (անիվի շառավիղ) հեռավորությունն է։
Սահող շփման ուժի խնդիր
Հայտնի է, որ փայտե բլոկը գտնվում է թեքված փայտե հարթության եզրին։ Ինքնաթիռը դեպի հորիզոնը թեքված է 40o անկյան տակ: Իմանալով, որ սահող շփման գործակիցը 0,4 է, հարթության երկարությունը՝ 1 մետր, իսկ ձողի զանգվածը համապատասխանում է 0,5 կգ, անհրաժեշտ է գտնել սահող շփման աշխատանքը։
Հաշվե՛ք սահող շփման ուժը: Այն հավասար է՝
Ft=mgcos(α)µt=0.59.81cos(40 o)0, 4=1,5 N.
Այդ դեպքում համապատասխան A աշխատանքը կլինի՝
A=-Ftl=-1,51=-1,5 J.
Գլորվող շփման խնդիր
Հայտնի է, որ անիվը որոշ հեռավորության վրա գլորվել է ճանապարհի երկայնքով և կանգնել. Անիվի տրամագիծը 45 սմ է, անիվի պտույտների թիվը մինչև կանգ առնելը 100 է։ Հաշվի առնելով 0,03 հավասար գլորման գործակիցը, անհրաժեշտ է գտնել, թե ինչին է հավասար պտտվող շփման ուժի աշխատանքը։ Անիվի զանգվածը 5 կգ է։
Նախ, եկեք հաշվարկենք պտտվող շփման պահը:
M=FtR=μtmgD/2=0.0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.
Եթե անիվի կատարած պտույտների թիվը բազմապատկվում է 2pi ռադիաններով, ապա ստանում ենք անիվի θ պտտման անկյունը։ Այնուհետև աշխատանքի բանաձևն է՝
A=-Mθ=-M2pin.
Որտեղ n-ն պտույտների թիվն է: Պայմանից փոխարինելով M պահը և n թիվը՝ ստանում ենք պահանջվող աշխատանքը՝ A=- 207,87 J.
