ფიზიკის - დინამიკის სპეციალურ განყოფილებაში, როდესაც სწავლობენ სხეულების მოძრაობას, ითვალისწინებენ მოძრავ სისტემაზე მოქმედ ძალებს. ამ უკანასკნელს შეუძლია შეასრულოს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი სამუშაო. განვიხილოთ ამ სტატიაში რა არის ხახუნის ძალის მოქმედება და როგორ გამოითვლება იგი.
მუშაობის კონცეფცია ფიზიკაში
ფიზიკაში "სამუშაოს" ცნება განსხვავდება ამ სიტყვის ჩვეულებრივი იდეისგან. სამუშაო გაგებულია, როგორც ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც უდრის ძალის ვექტორის სკალარული ნამრავლის და სხეულის გადაადგილების ვექტორს. დავუშვათ, რომ არის რაღაც ობიექტი, რომელზეც მოქმედებს F¯ ძალა. ვინაიდან მასზე სხვა ძალები არ მოქმედებენ, მისი გადაადგილების ვექტორი l ¯ დაემთხვევა ვექტორს F¯ მიმართულებით. ამ ვექტორების სკალარული ნამრავლი ამ შემთხვევაში შეესაბამება მათი მოდულების ნამრავლს, ანუ:
A=(F¯l¯)=Fl.
მნიშვნელობა A არის მუშაობა F¯ ძალის მიერ ობიექტის l მანძილზე გადასატანად. F და l მნიშვნელობების ზომების გათვალისწინებით, აღმოვაჩენთ, რომ სამუშაო იზომება ნიუტონებში მეტრზე (Nm) SI სისტემაში. თუმცა, ერთეულიNm აქვს საკუთარი სახელი - ეს არის ჯოული. ეს ნიშნავს, რომ სამუშაოს ცნება იგივეა, რაც ენერგიის ცნება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ 1 ნიუტონის ძალა მოძრაობს სხეულს 1 მეტრით, მაშინ შესაბამისი ენერგიის ხარჯები არის 1 ჯოული.
რა არის ხახუნის ძალა?
ხახუნის ძალის მუშაობის საკითხის შესწავლა შესაძლებელია, თუ იცით, რა ძალაზეა საუბარი. ფიზიკაში ხახუნი არის პროცესი, რომელიც ხელს უშლის ერთი სხეულის ნებისმიერ მოძრაობას მეორის ზედაპირზე, როდესაც ეს ზედაპირები კონტაქტშია.
თუ მხოლოდ მყარ სხეულებს გავითვალისწინებთ, მაშინ მათთვის ხახუნის სამი ტიპი არსებობს:
- დასვენება;
- slip;
- მოძრავი.
ეს ძალები მოქმედებს კონტაქტურ ზედაპირებს შორის და ყოველთვის მიმართულია სხეულების მოძრაობის წინააღმდეგ.
მოსვენებული ხახუნი ხელს უშლის თავისთავად მოძრაობას, მოცურების ხახუნა ვლინდება მოძრაობის პროცესში, როდესაც სხეულების ზედაპირები სრიალებს ერთმანეთზე, ხოლო მოძრავი ხახუნი არსებობს ზედაპირზე გორავებულ სხეულსა და ზედაპირს შორის.
სტატიკური ხახუნის მოქმედების მაგალითია მანქანა, რომელიც დგას ხელის მუხრუჭზე გორაზე. მოცურების ხახუნი ვლინდება, როდესაც მოთხილამურე მოძრაობს თოვლზე ან მოციგურავე ყინულზე. დაბოლოს, მოძრავი ხახუნი მოქმედებს მაშინ, როდესაც მანქანის ბორბალი მოძრაობს გზაზე.
ძალები სამივე ტიპის ხახუნისთვის გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:
Ft=μtN.
აქ N არის დამხმარე რეაქციის ძალა, μt არის ხახუნის კოეფიციენტი. ძალის ნგვიჩვენებს ზედაპირის სიბრტყის პერპენდიკულარულ სხეულზე საყრდენის ზემოქმედების სიდიდეს. რაც შეეხება პარამეტრს μt, ის ექსპერიმენტულად იზომება ყოველი წყვილი ხახვიანი მასალისთვის, მაგალითად, ხე-ხის, ფოლადი-თოვლი და ა.შ. გაზომილი შედეგები გროვდება სპეციალურ ცხრილებში.
თითოეული ხახუნის ძალისთვის, კოეფიციენტს μt აქვს საკუთარი მნიშვნელობა შერჩეული წყვილი მასალებისთვის. ამრიგად, სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტი რამდენიმე ათეული პროცენტით მეტია, ვიდრე მოცურების ხახუნის. თავის მხრივ, მოძრავი კოეფიციენტი 1-2 ბრძანებით ნაკლებია, ვიდრე სრიალისას.
ხახუნის ძალების მუშაობა
ახლა, მუშაობის ცნებებისა და ხახუნის ტიპების გაცნობის შემდეგ, შეგიძლიათ პირდაპირ გადახვიდეთ სტატიის თემაზე. მოდი თანმიმდევრობით განვიხილოთ ყველა სახის ხახუნის ძალები და გავარკვიოთ, რას აკეთებენ ისინი.
დავიწყოთ სტატიკური ხახუნით. ეს ტიპი ვლინდება მაშინ, როდესაც სხეული არ მოძრაობს. ვინაიდან მოძრაობა არ არის, მისი გადაადგილების ვექტორი l უდრის ნულს. ეს უკანასკნელი ნიშნავს, რომ სტატიკური ხახუნის ძალის მუშაობა ასევე ნულის ტოლია.
მოცურების ხახუნი, განსაზღვრებით, მოქმედებს მხოლოდ მაშინ, როდესაც სხეული მოძრაობს სივრცეში. ვინაიდან ამ ტიპის ხახუნის ძალა ყოველთვის მიმართულია სხეულის მოძრაობის წინააღმდეგ, ეს ნიშნავს, რომ ის უარყოფითად მოქმედებს. A-ს მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით:
A=-Ftl=-µtNl.
მოცურების ხახუნის ძალის მუშაობა მიმართულია სხეულის მოძრაობის შენელებაზე. ამ სამუშაოს შედეგად სხეულის მექანიკური ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ.
მოძრავი ხახუნი, ისევე როგორც სრიალი, ასევე მოიცავს სხეულის მოძრაობას. მოძრავი ხახუნის ძალა უარყოფითად მოქმედებს, ანელებს სხეულის თავდაპირველ ბრუნვას. ვინაიდან ჩვენ ვსაუბრობთ სხეულის ბრუნვაზე, მოსახერხებელია ამ ძალის მუშაობის მნიშვნელობის გამოთვლა მისი იმპულსის მუშაობით. შესაბამისი ფორმულა იწერება როგორც:
A=-Mθ სადაც M=FtR.
აქ θ არის სხეულის ბრუნვის კუთხე ბრუნვის შედეგად, R არის მანძილი ზედაპირიდან ბრუნვის ღერძამდე (ბორბლის რადიუსი).
პრობლემა მოცურების ხახუნის ძალასთან
ცნობილია, რომ ხის ბლოკი არის დახრილი ხის თვითმფრინავის კიდეზე. თვითმფრინავი ჰორიზონტისკენ არის დახრილი 40o კუთხით. იმის ცოდნა, რომ მოცურების ხახუნის კოეფიციენტი არის 0,4, სიბრტყის სიგრძე 1 მეტრი, ხოლო ზოლის მასა შეესაბამება 0,5 კგ, აუცილებელია ვიპოვოთ მოცურების ხახუნის სამუშაო.
გამოთვალეთ მოცურების ხახუნის ძალა. უდრის:
Ft=mgcos(α)µt=0.59.81cos(40 o)0, 4=1,5 N.
შემდეგ შესაბამისი ნაშრომი A იქნება:
A=-Ftლ=-1,51=-1,5 ჯ.
მოძრავი ხახუნის პრობლემა
ცნობილია, რომ ბორბალი გზის გასწვრივ გარკვეული მანძილით შემოვიდა და გაჩერდა. ბორბლის დიამეტრი 45 სმ. ბორბლის შემობრუნების რაოდენობა გაჩერებამდე 100. მოძრავი კოეფიციენტის 0,03-ის ტოლი მხედველობაში უნდა მივიღოთ რა უდრის მოძრავი ხახუნის ძალის მუშაობას. ბორბლის მასა 5 კგ.
პირველ რიგში, მოდით გამოვთვალოთ მოძრავი ხახუნის მომენტი:
M=FtR=μtmgD/2=0.0359, 81 0, 45/2=0, 331 Nm.
თუ ბორბლის მიერ გაკეთებული ბრუნვების რაოდენობა გამრავლებულია 2pi რადიანზე, მაშინ მივიღებთ ბორბლის θ ბრუნვის კუთხეს. შემდეგ მუშაობის ფორმულა არის:
A=-Mθ=-M2pin.
სად n არის ბრუნთა რიცხვი. მდგომარეობიდან M მომენტისა და n რიცხვის ჩანაცვლებით, მივიღებთ საჭირო სამუშაოს: A=- 207,87 J.
