Бидний хүн бүр үрэлтийн хүчний илрэлийг мэддэг. Үнэн хэрэгтээ, хүн алхаж байна уу, тээврийн хэрэгсэл хөдөлж байна уу, өдөр тутмын амьдралд ямар ч хөдөлгөөн энэ хүчний оролцоогүйгээр боломжгүй юм. Физикийн хувьд гурван төрлийн үрэлтийн хүчийг судлах нь заншилтай байдаг. Энэ нийтлэлд бид тэдгээрийн аль нэгийг авч үзэх болно, бид статик үрэлт гэж юу болохыг олж мэдэх болно.
Хэвтээ гадаргуу дээрх баар
Хөдөлгөөнгүй үрэлтийн хүч гэж юу вэ, энэ нь хэдтэй тэнцүү вэ гэсэн асуултуудад хариулахаасаа өмнө хэвтээ гадаргуу дээр байрлах баартай энгийн тохиолдлыг авч үзье.
Бадан дээр ямар хүч үйлчилж байгааг шинжье. Эхнийх нь тухайн зүйлийн жин юм. Үүнийг P үсгээр тэмдэглэе. Энэ нь босоо доош чиглэсэн байна. Хоёрдугаарт, энэ нь дэмжлэг үзүүлэх урвал юм N. Энэ нь босоо дээш чиглэсэн байна. Хэлэлцэж буй хэргийн хувьд Ньютоны хоёр дахь хуулийг дараах хэлбэрээр бичнэ:
ma=P - N.
Энд байгаа хасах тэмдэг нь жин ба дэмжих урвалын векторуудын эсрэг чиглэлийг илэрхийлнэ. Блок тайван байдалд байгаа тул a-ийн утга тэг болно. Сүүлийнх нь: гэсэн үг
P - N=0=>
P=N.
Туслах хариу үйлдэл нь биеийн жинг тэнцвэржүүлж, үнэмлэхүй утгаараа түүнтэй тэнцүү байна.
Хэвтээ гадаргуу дээрх бааранд үйлчлэх гадны хүч
Одоо дээр дурьдсан нөхцөл байдалд дахин нэг ажиллах хүч нэмье. Хүн хэвтээ гадаргуугийн дагуу блокыг түлхэж эхэлдэг гэж бодъё. Энэ хүчийг F үсгээр тэмдэглэе. Гайхамшигтай нөхцөл байдлыг анзаарч болно: хэрэв F хүч бага бол түүний үйлчлэлийг үл харгалзан баар гадаргуу дээр хэвээр байна. Биеийн жин ба тулгуурын урвал нь гадаргууд перпендикуляр чиглэгддэг тул тэдгээрийн хэвтээ төсөөлөл нь тэгтэй тэнцүү байна. Өөрөөр хэлбэл P ба N хүчнүүд F-ийг ямар ч байдлаар эсэргүүцэж чадахгүй. Тийм тохиолдолд баар яагаад хөдөлгөөнгүй хэвээрээ байгаа юм бэ?
Мэдээж F хүчний эсрэг чиглэсэн хүч байх ёстой. Энэ хүч нь статик үрэлт юм. Энэ нь хэвтээ гадаргуугийн дагуу F-ийн эсрэг чиглэнэ. Энэ нь баарны доод ирмэг ба гадаргуугийн хоорондох холбоо барих хэсэгт үйлчилдэг. Үүнийг Ft тэмдгээр тэмдэглэе. Ньютоны хэвтээ проекцын хуулийг дараах байдлаар бичнэ:
F=Ft.
Тиймээс статик үрэлтийн хүчний модуль нь хэвтээ гадаргуугийн дагуух гадны хүчний үнэмлэхүй утгатай үргэлж тэнцүү байна.
Барын хөдөлгөөний эхлэл
Статик үрэлтийн томъёог бичихийн тулд өгүүллийн өмнөх догол мөрөнд эхэлсэн туршилтыг үргэлжлүүлье. Бид гадаад хүчний F үнэмлэхүй утгыг нэмэгдүүлнэ. Баар хэсэг хугацаанд амарсан хэвээр байх боловч хөдөлж эхлэх мөч ирнэ. Энэ үед статик үрэлтийн хүч хамгийн дээд хэмжээндээ хүрнэ.
Энэ хамгийн их утгыг олохын тулд эхнийхтэй яг адилхан өөр баар авч, дээр нь тавь. Баарны гадаргуутай харьцах хэсэг өөрчлөгдөөгүй боловч жин нь хоёр дахин нэмэгджээ. Барыг гадаргуугаас салгах F хүч мөн хоёр дахин нэмэгддэг болохыг туршилтаар тогтоосон. Энэ баримт нь статик үрэлтийн дараах томъёог бичих боломжийг олгосон:
Ft=µsP.
Өөрөөр хэлбэл үрэлтийн хүчний хамгийн их утга нь биеийн P жинтэй пропорциональ болж хувирдаг бөгөөд энд µs параметр нь пропорциональ коэффициентийн үүрэг гүйцэтгэдэг. µs утгыг статик үрэлтийн коэффициент гэж нэрлэдэг.
Туршилтын биеийн жин нь дэмжих урвалын хүч N-тэй тэнцүү тул Ft томъёог дараах байдлаар дахин бичиж болно:
Ft=µsN.
Өмнөхөөс ялгаатай нь бие нь налуу хавтгай дээр байсан ч энэ илэрхийллийг үргэлж ашиглаж болно. Статик үрэлтийн хүчний модуль нь гадаргуу нь биед үйлчлэх тулгуурын урвалын хүчтэй шууд пропорциональ байна.
Хүчний физик шалтгаанууд Ft
Статик үрэлт яагаад үүсдэг вэ гэсэн асуулт нь нарийн төвөгтэй бөгөөд бичил болон атомын түвшинд биетүүдийн хоорондын холбоог авч үзэхийг шаарддаг.
Ерөнхийдөө хүчний бие махбодын хоёр шалтгаан бийFt:
- Оргил ба уналтын хоорондох механик харилцан үйлчлэл.
- Биеийн атом ба молекулуудын физик-химийн харилцан үйлчлэл.
Ямар ч гадаргуу хэчнээн гөлгөр байсан ч жигд бус, жигд бус байдаг. Ойролцоогоор эдгээр жигд бус байдлыг микроскопийн оргил ба тэвш хэлбэрээр илэрхийлж болно. Нэг биеийн оргил нь нөгөө биеийн хөндийд унах үед эдгээр биетүүдийн хооронд механик холболт үүсдэг. Маш олон тооны микроскоп холбогч нь статик үрэлт үүсэх нэг шалтгаан болдог.
Хоёр дахь шалтгаан нь бие махбодийг бүрдүүлдэг молекулууд эсвэл атомуудын хоорондын физик, химийн харилцан үйлчлэл юм. Хоёр төвийг сахисан атомууд хоорондоо ойртох үед тэдгээрийн хооронд зарим цахилгаан химийн харилцан үйлчлэл, жишээлбэл, диполь-диполь эсвэл ван дер Ваальсийн харилцан үйлчлэл үүсч болно. Хөдөлгөөний эхэн үед баар нь гадаргуугаас салахын тулд эдгээр харилцан үйлчлэлийг даван туулахаас өөр аргагүй болдог.
Ft-ийн хүч чадлын онцлог
Хамгийн их статик үрэлтийн хүч хэдтэй тэнцүү болохыг дээр дурдсан бөгөөд түүний үйл ажиллагааны чиглэлийг зааж өгсөн болно. Энд бид Ft хэмжигдэхүүний бусад шинж чанаруудыг жагсаав.
Амрах үеийн үрэлт нь хүрэлцэх хэсгээс хамаарахгүй. Энэ нь зөвхөн дэмжлэгийн урвалаар тодорхойлогддог. Холбоо барих талбай их байх тусам микроскопийн оргил ба хонгилын хэв гажилт бага байх боловч тэдгээрийн тоо их байх болно. Энэ зөн совингийн баримт нь хөндлөвчийг жижигрүүлэн ирмэг рүү нь эргүүлбэл хамгийн их Ftt яагаад өөрчлөгдөхгүйг тайлбарладаг.талбай.
Амралтын үрэлт ба гулсах үрэлт нь ижил шинж чанартай бөгөөд ижил томъёогоор тодорхойлогддог боловч хоёр дахь нь эхнийхээс үргэлж бага байдаг. Блок гадаргуугийн дагуу хөдөлж эхлэх үед гулсах үрэлт үүсдэг.
Force Ft нь ихэнх тохиолдолд үл мэдэгдэх хэмжигдэхүүн юм. Дээр өгөгдсөн томьёо нь баар хөдөлж эхлэх үеийн Ft-ийн хамгийн их утгатай тохирч байна. Энэ баримтыг илүү тодорхой ойлгохын тулд Ft хүчний гадны нөлөөллөөс F хамаарах хамаарлын графикийг доор үзүүлэв.
F ихсэх тусам статик үрэлт шугаман нэмэгдэж, дээд цэгтээ хүрч, улмаар бие хөдөлж эхлэхэд багасч байгааг харж болно. Хөдөлгөөний явцад Ft хүчний тухай ярих боломжгүй, учир нь энэ нь гулсах үрэлтээр солигддог.
Эцэст нь, Ft хүч чадлын сүүлчийн чухал онцлог нь хөдөлгөөний хурдаас хамаардаггүй (харьцангуй өндөр хурдтай үед, Ft)буурна).
Үрэлтийн коэффициент µs
Үрэлтийн модулийн томъёонд µs гарч байгаа тул энэ тухай хэдэн үг хэлэх хэрэгтэй.
Үрэлтийн коэффициент µs нь хоёр гадаргуугийн өвөрмөц шинж чанар юм. Энэ нь биеийн жингээс хамаардаггүй, туршилтаар тодорхойлогддог. Жишээлбэл, мод-модны хосын хувьд модны төрөл, үрэлтийн биеийн гадаргуугийн боловсруулалтын чанараас хамааран 0.25-0.5 хооронд хэлбэлздэг. Ваксжуулсан модон гадаргуу дээрнойтон цас µs=0.14, хүний үе мөчний хувьд энэ коэффициент маш бага утгыг авдаг (≈0.01).
Харгалзаж буй хос материалын хувьд µs ямар ч байсан, ижил төстэй гулсалтын үрэлтийн µk үргэлж байх болно. жижиг. Жишээлбэл, модыг модон дээр гулсуулахдаа 0.2-той тэнцүү, хүний үе мөчний хувьд 0.003-аас ихгүй байна.
Дараа нь бид олж авсан мэдлэгээ хэрэгжүүлэх физикийн хоёр асуудлын шийдлийг авч үзэх болно.
Налуу гадаргуу дээрх баар: хүчний тооцоо Ft
Эхний даалгавар бол маш энгийн. Модон гадаргуу дээр модон блок хэвтэж байна гэж бодъё. Түүний жин 1.5 кг. Гадаргуу нь тэнгэрийн хаяанд 15o өнцгөөр налуу байна. Бар хөдөлж чадахгүй байгаа нь мэдэгдэж байгаа бол статик үрэлтийн хүчийг тодорхойлох шаардлагатай.
Энэ асуудлын гол зүйл бол олон хүмүүс тулгуурын хариу урвалыг тооцоолж, үрэлтийн коэффициент µs-ийн лавлагаа өгөгдлийг ашиглан дээрхийг ашиглана. F t-ийн хамгийн их утгыг тодорхойлох томъёо. Гэхдээ энэ тохиолдолд Ft нь дээд тал нь биш юм. Түүний модуль нь зөвхөн гаднах хүчтэй тэнцүү бөгөөд энэ нь баарыг байрнаасаа хавтгайд шилжүүлэх хандлагатай байдаг. Энэ хүч нь:
F=mgsin(α).
Тэгвэл Ft үрэлтийн хүч F-тэй тэнцүү байх болно. Өгөгдлийг тэгш байдалд орлуулснаар бид хариултыг авна: налуу хавтгай дээрх статик үрэлтийн хүч F t=3.81 Ньютон.
Налуу гадаргуу дээрх баар: тооцоохамгийн их налалтын өнцөг
Одоо дараах асуудлыг шийдье: модон блок нь модон налуу хавтгай дээр байна. Үрэлтийн коэффициентийг 0.4-тэй тэнцүү гэж үзвэл баар гулсаж эхлэх хавтгайн α-ийн хамгийн их өнцгийг тэнгэрийн хаяаг олох шаардлагатай.
Онгоц дээрх биеийн жингийн проекц хамгийн их статик үрэлтийн хүчтэй тэнцүү болоход гулсах болно. Харгалзах нөхцөлийг бичье:
F=Ft=>
mgsin(α)=µsmgcos(α)=>
tg(α)=µs=>
α=арктан(µs).
Сүүлийн тэгшитгэлд µs=0, 4 утгыг орлуулбал α=21, 8o болно.
