Үрэлт гэдэг нь хүн механизмын эргэлдэж гулсах аливаа хэсэгт түүнийг багасгахын тулд тэмцдэг физик үзэгдэл боловч үүнгүйгээр эдгээр механизмын аль нэгийг нь хөдөлгөх боломжгүй юм. Энэ нийтлэлд бид эргэлдэх үрэлтийн хүч гэж юу болохыг физикийн үүднээс авч үзэх болно.
Байгальд ямар төрлийн үрэлтийн хүч байдаг вэ?
Юуны өмнө өнхрөх үрэлт нь бусад үрэлтийн хүчний дунд ямар байр суурь эзэлдгийг анхаарч үзээрэй. Эдгээр хүч нь хоёр өөр биетийн хүрэлцсэний үр дүнд үүсдэг. Энэ нь хатуу, шингэн эсвэл хийн биетэй байж болно. Жишээлбэл, агаарын хөлгийн тропосфер дахь нислэг нь түүний бие болон агаарын молекулуудын хооронд үрэлт дагалддаг.
Зөвхөн хатуу биетүүдийг авч үзвэл бид тайван байдал, гулсах, өнхрөх зэрэг үрэлтийн хүчийг ялгадаг. Бидний хүн нэг бүр анзаарсан: хайрцгийг шалан дээр буулгахын тулд шалны гадаргуу дээр бага зэрэг хүч хэрэглэх шаардлагатай. Хайрцагнуудыг тайван байдлаас гаргах хүчний үнэ цэнэ нь үнэмлэхүй утгаараа үлдсэн үрэлтийн хүчтэй тэнцүү байх болно. Сүүлийнх нь хайрцагны ёроол ба шалны гадаргуу хооронд үйлчилнэ.
ХэрхэнХайрцаг хөдөлж эхэлмэгц энэ хөдөлгөөнийг жигд байлгахын тулд тогтмол хүч хэрэглэх шаардлагатай. Энэ баримт нь шал ба хайрцгийн контактын хооронд гулсах үрэлтийн хүч нь сүүлчийнх дээр үйлчилдэгтэй холбоотой юм. Дүрмээр бол энэ нь статик үрэлтээс хэдэн арван хувиар бага байна.
Хэрэв та хайрцгийн доор хатуу материалтай дугуй цилиндр хийвэл зөөхөд илүү хялбар болно. Өнхрөх үрэлтийн хүч нь хайрцагны доор хөдөлж буй цилиндрт эргэлддэг. Энэ нь ихэвчлэн өмнөх хоёр хүчнээс хамаагүй бага байдаг. Тийм ч учраас хүн төрөлхтөн дугуйг зохион бүтээсэн нь ахиц дэвшил рүү чиглэсэн асар том үсрэлт байсан, учир нь хүмүүс бага хүчээр илүү их ачааг хөдөлгөж чаддаг байсан.
Өнхрөх үрэлтийн физик шинж чанар
Өнхрөх үрэлт яагаад үүсдэг вэ? Энэ асуулт амаргүй байна. Үүнд хариулахын тулд өнхрөх явцад дугуй болон гадаргууд юу тохиолдохыг нарийвчлан авч үзэх хэрэгтэй. Юуны өмнө тэдгээр нь төгс гөлгөр биш - дугуйны гадаргуу ч, түүний өнхрөх гадаргуу ч биш. Гэсэн хэдий ч энэ нь үрэлтийн гол шалтгаан биш юм. Гол шалтгаан нь нэг буюу хоёр биеийн хэв гажилт юм.
Ямар ч хатуу материалаар хийсэн аливаа бие нь гажигтай байдаг. Биеийн жин их байх тусам гадаргууд үзүүлэх даралт ихсэх бөгөөд энэ нь контактын цэг дээр өөрийгөө хэлбэржүүлж, гадаргуугийн хэв гажилтыг үүсгэдэг гэсэн үг юм. Зарим тохиолдолд энэ хэв гажилт нь уян хатан хязгаараас хэтрдэггүй.
Бдугуй өнхрөх үед гадаргуутай харьцахаа больсны дараа гажигтай хэсгүүд нь анхны хэлбэрээ сэргээдэг. Гэсэн хэдий ч эдгээр хэв гажилт нь дугуйны шинэ эргэлтээр мөчлөгөөр давтагддаг. Аливаа мөчлөгийн хэв гажилт нь уян хатан хязгаарт оршдог байсан ч гистерезис дагалддаг. Өөрөөр хэлбэл, микроскопийн түвшинд хэв гажилтын өмнөх болон дараах биеийн хэлбэр нь ялгаатай байдаг. Дугуйг өнхрүүлэх үеийн хэв гажилтын мөчлөгийн гистерезис нь энергийн "тархалт"-д хүргэдэг бөгөөд энэ нь практикт өнхрөх үрэлтийн хүч хэлбэрээр илэрдэг.
Perfect Body Rolling
Идэвхтэй биеийн доор энэ тохиолдолд бид хэв гажилтгүй гэсэн үг юм. Тохиромжтой дугуйны хувьд гадаргуутай харьцах талбай нь тэгтэй тэнцүү байна (шугамын дагуу гадаргууд хүрнэ).
Хэв гажилтгүй дугуйнд үйлчлэх хүчний шинж чанарыг авч үзье. Нэгдүгээрт, эдгээр нь хоёр босоо хүч юм: биеийн жин P ба дэмжлэг үзүүлэх урвалын хүч N. Хоёр хүч хоёулаа массын төвөөр (дугуйны тэнхлэг) дамжин өнгөрдөг тул эргэлтийг бий болгоход оролцдоггүй. Тэдний хувьд та дараах зүйлийг бичиж болно:
P=N
Хоёрдугаарт, эдгээр нь хоёр хэвтээ хүч юм: дугуйг урагш түлхэж буй гадаад хүч F (массын төвөөр дамжин өнгөрдөг) ба өнхрөх үрэлтийн хүч fr. Сүүлийнх нь M эргүүлэх хүчийг үүсгэдэг. Тэдний хувьд та дараах тэгшитгэлүүдийг бичиж болно:
M=frr;
F=fr
Энд r нь дугуйны радиус юм. Эдгээр тэгш байдал нь маш чухал дүгнэлтийг агуулдаг. Хэрэв fr үрэлтийн хүч хязгааргүй бага болдугуйг хөдөлгөх моментийг үүсгэсэн хэвээр байх болно. Гадаад F хүч нь fr-тэй тэнцүү тул F-ийн хязгааргүй бага утга нь дугуйг эргэлдүүлнэ. Энэ нь хэрэв өнхрөх бие нь хамгийн тохиромжтой бөгөөд хөдөлгөөний явцад хэв гажилтгүй бол өнхрөх үрэлтийн хүчний талаар ярих шаардлагагүй болно.
Одоо байгаа бүх бие нь бодит, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь хэв гажилтыг мэдэрдэг.
Жинхэнэ бие өнхрөх
Одоо дээр дурдсан нөхцөл байдлыг зөвхөн бодит (гажигтай) биетүүдийн хувьд авч үзье. Дугуй ба гадаргуу хоорондын хүрэлцэх талбай тэг байхаа больж, энэ нь тодорхой хязгаарлагдмал утгатай байх болно.
Хүчүүдэд дүн шинжилгээ хийцгээе. Босоо хүчний үйл ажиллагаа, өөрөөр хэлбэл дэмжлэгийн жин ба урвалаас эхэлье. Тэд бие биетэйгээ тэнцүү хэвээр байна, өөрөөр хэлбэл:
N=P
Гэсэн хэдий ч, N хүч одоо дугуйны тэнхлэгээр биш босоо дээш дээшээ үйлчилж, түүнээс d зайд бага зэрэг шилжсэн байна. Хэрэв бид дугуйны гадаргуутай хүрэлцэх талбайг тэгш өнцөгтийн талбай гэж төсөөлвөл энэ тэгш өнцөгтийн урт нь дугуйны зузаан, өргөн нь 2d-тэй тэнцүү байх болно.
Одоо хэвтээ хүчний талаар авч үзье. Гадаад хүч F нь эргүүлэх момент үүсгэдэггүй хэвээр байгаа бөгөөд үнэмлэхүй утгаараа fr үрэлтийн хүчтэй тэнцүү байна, өөрөөр хэлбэл:
F=fr.
Эргүүлэхэд хүргэж буй хүчний момент нь үрэлтийн fr ба тулгуур N-ийн хариу үйлдлийг үүсгэнэ. Түүнээс гадна эдгээр мөчүүд өөр өөр чиглэлд чиглэнэ. Харгалзах илэрхийлэл ньтөрөл:
M=Nd - frr
Хөдөлгөөн жигд байх тохиолдолд M мөч тэгтэй тэнцүү байх тул бид дараахийг авна:
Nd - frr=0=>
fr=d/rN
Дээр бичсэн томъёог харгалзан сүүлчийн тэгшитгэлийг дараах байдлаар дахин бичиж болно:
F=d/rP
Үнэндээ бид өнхрөх үрэлтийн хүчийг ойлгох үндсэн томъёог олж авсан. Цаашид нийтлэлд бид дүн шинжилгээ хийх болно.
Өнхрөх эсэргүүцлийн коэффициент
Энэ коэффициентийг дээр дурдсан. Мөн геометрийн тайлбарыг өгсөн. d-ийн үнэ цэнийн тухай ярьж байна. Мэдээжийн хэрэг, энэ утга их байх тусам тухайн мөч нь тулгуурын урвалын хүчийг бий болгож, дугуйны хөдөлгөөнөөс сэргийлдэг.
гулсалтын эсэргүүцлийн коэффициент d нь статик ба гулсах үрэлтийн коэффициентээс ялгаатай нь хэмжээст утга юм. Үүнийг уртын нэгжээр хэмждэг. Хүснэгтэнд үүнийг ихэвчлэн миллиметрээр өгдөг. Жишээлбэл, ган төмөр зам дээр өнхрөх галт тэрэгний дугуйны хувьд d=0.5 мм. d-ийн утга нь хоёр материалын хатуулаг, дугуйны ачаалал, температур болон бусад хүчин зүйлээс хамаарна.
Өнхрөх үрэлтийн коэффициент
Өмнөх коэффициенттэй андуурч болохгүй d. Өнхрөх үрэлтийн коэффициентийг Cr тэмдгээр тэмдэглэсэн бөгөөд дараах томъёогоор тооцоолно:
Cr=d/r
Энэ тэгш байдал нь Cr нь хэмжээсгүй гэсэн үг. Тэр бол үрэлтийн төрлүүдийн талаархи мэдээллийг агуулсан хэд хэдэн хүснэгтэд өгөгдсөн хүн юм. Энэ коэффициент нь практик тооцоонд ашиглахад тохиромжтой. Учир нь дугуйны радиусыг мэдэх шаардлагагүй.
Cr-ийн утга нь ихэнх тохиолдолд үрэлтийн болон амралтын коэффициентээс бага байдаг. Жишээлбэл, асфальт дээр хөдөлж буй машины дугуйны хувьд Cr-ийн утга хэдхэн зууны дотор (0.01 - 0.06) байна. Гэхдээ зүлэг, элсэн дээр дугуй хагарсан үед (≈0.4) мэдэгдэхүйц нэмэгддэг.
Үүссэн томъёоны fr хүчний шинжилгээ
Өнхрөх үрэлтийн хүчний томьёог дахин бичье:
F=d/rP=fr
Тэнцүү байдлаас үзэхэд дугуйны диаметр том байх тусам хөдөлж эхлэхийн тулд F хүч бага байх ёстой. Одоо бид энэ тэгшитгэлийг Cr коэффициентээр бичвэл бидэнд:
байна.
fr=CrP
Таны харж байгаагаар үрэлтийн хүч нь биеийн жинтэй шууд пропорциональ байна. Үүнээс гадна P жин мэдэгдэхүйц нэмэгдэхэд Cr коэффициент нь өөрөө өөрчлөгддөг (d-ийн өсөлтөөс шалтгаалан нэмэгддэг). Ихэнх практик тохиолдлуудад Cr нь хэдэн зууны дотор байдаг. Хариуд нь гулсах үрэлтийн коэффициентийн утга нь хэдхэн аравны дотор байдаг. Өнхрөх болон гулсах үрэлтийн хүчний томъёо нь ижил байдаг тул өнхрөх нь энергийн үүднээс ашиг тустай байдаг (fr хүч нь гулсах хүчнээс бага хэмжээний дараалал юм. ихэнх практик нөхцөл байдал).
Өнхрөх нөхцөл
Бидний ихэнх нь мөс, шавар дээр жолоодох үед машины дугуй гулгах асуудалтай тулгардаг. Яагаад энэ вэболж байна уу? Энэ асуултад хариулах түлхүүр нь гулсмал ба амрах үрэлтийн хүчний үнэмлэхүй утгуудын харьцаанд оршдог. Дахин гулсмал томьёо бичье:
F ≧ CrP
F хүч нь эргэлдэх үрэлтээс их буюу тэнцүү байвал дугуй эргэлдэж эхэлнэ. Гэсэн хэдий ч хэрэв энэ хүч нь статик үрэлтийн утгаас эрт давсан бол дугуй өнхрөхөөсөө өмнө гулсах болно.
Тиймээс гулсалтын нөлөөг статик үрэлтийн болон өнхрөх үрэлтийн коэффициентүүдийн харьцаагаар тодорхойлно.
Машины дугуй гулсахаас сэргийлэх арга замууд
Машины дугуйны гулгамтгай гадаргуу дээр (жишээлбэл, мөсөн дээр) өнхрөх үрэлт нь Cr=0.01-0.06 коэффициентээр тодорхойлогддог. ижил дараалал нь статик үрэлтийн коэффициентийн хувьд ердийн зүйл юм.
Дугуй гулсах эрсдэлээс зайлсхийхийн тулд тусгай "өвлийн" дугуйг ашигладаг бөгөөд үүнд металл хадаас шургуулдаг. Сүүлийнх нь мөсний гадаргуу руу унаж, статик үрэлтийн коэффициентийг нэмэгдүүлдэг.
Статик үрэлтийг нэмэгдүүлэх өөр нэг арга бол дугуй хөдөлж буй гадаргууг өөрчлөх явдал юм. Жишээлбэл, элс эсвэл давс цацаж болно.
