Nguvu ya msuguano ni kiasi cha kimwili kinachozuia harakati zozote za mwili. Inatokea, kama sheria, wakati miili inakwenda katika suala gumu, kioevu na gesi. Aina mbalimbali za nguvu za msuguano huchukua nafasi muhimu katika maisha ya binadamu, kwani huzuia ongezeko kubwa la kasi ya miili.
Uainishaji wa nguvu za msuguano
Kwa ujumla, aina zote za nguvu za msuguano hufafanuliwa kwa aina tatu: nguvu ya msuguano wa kuteleza, kuviringisha na kupumzika. Ya kwanza ni tuli, nyingine mbili ni za nguvu. Msuguano wakati wa kupumzika huzuia mwili kuanza kusonga, kwa upande wake, wakati wa kuteleza, msuguano upo wakati mwili unasugua uso wa mwili mwingine wakati wa harakati zake. Msuguano wa rolling hutokea wakati kitu cha pande zote kinasonga. Hebu tuchukue mfano. Mfano wa kuvutia wa aina (nguvu ya msuguano unaozunguka) ni kusogea kwa magurudumu ya gari kwenye lami.
Asili ya nguvu za msuguano ni kuwepo kwa dosari ndogo ndogo kati ya nyuso za kusugua za miili miwili. Kwa sababu hii, nguvu inayotokana inayofanya kazikitu kinachotembea au kinachoanza kusonga, kinajumuisha jumla ya nguvu ya mmenyuko wa kawaida wa msaada wa N, ambayo inaelekezwa perpendicular kwa uso wa miili ya kuwasiliana, na ya nguvu ya msuguano F. Mwisho unaelekezwa sambamba na sehemu ya mguso na iko kinyume na msogeo wa mwili.
Msuguano kati ya vitu vizito viwili
Wakati wa kuzingatia suala la aina tofauti za nguvu za msuguano, mifumo ifuatayo ilizingatiwa kwa miili miwili thabiti:
- Nguvu ya msuguano inaelekezwa sambamba na sehemu ya usaidizi.
- Kigawo cha msuguano hutegemea asili ya sehemu zinazogusana, na pia hali yake.
- Nguvu ya juu zaidi ya msuguano iko katika uwiano wa moja kwa moja na nguvu ya kawaida au majibu ya usaidizi ambayo hutenda kati ya nyuso za mguso.
- Kwa miili hiyo hiyo, nguvu ya msuguano huwa kubwa kabla ya mwili kuanza kusonga na kisha kupungua wakati mwili unapoanza.
- Msuguano wa msuguano hautegemei eneo la mguso, na kwa kweli hautegemei kasi ya kuteleza.
Sheria
Kwa muhtasari wa nyenzo za majaribio kuhusu sheria za mwendo, tumeanzisha sheria za msingi zifuatazo kuhusu msuguano:
- Upinzani wa kuteleza kati ya miili miwili ni sawia na nguvu ya kawaida inayofanya kazi kati yao.
- Upinzani wa harakati kati ya miili ya kusugua haitegemei eneo la mgusano kati yao.
Ili kuonyesha sheria ya pili, tunaweza kutoa mfano ufuatao: ikiwa unachukua kizuizi na kuisogeza kwa kuteleza juu ya uso, basi nguvu inayohitajika kwa harakati kama hiyo.itakuwa sawa wakati block iko juu ya uso na upande wake mrefu, na inaposimama na mwisho wake.
Sheria zinazohusu aina mbalimbali za nguvu za msuguano katika fizikia ziligunduliwa mwishoni mwa karne ya 15 na Leonard da Vinci. Kisha walisahaulika kwa muda mrefu, na tu mnamo 1699 waligunduliwa tena na mhandisi wa Ufaransa Amonton. Tangu wakati huo, sheria za msuguano zimebeba jina lake.
Kwa nini nguvu ya msuguano ni kubwa kuliko ile ya kuteleza wakati wa kupumzika?
Wakati wa kuzingatia aina kadhaa za nguvu za msuguano (kupumzika na kuteleza), ikumbukwe kwamba nguvu tuli ya msuguano daima huwa chini ya au sawa na bidhaa ya mgawo tuli wa msuguano na nguvu ya mwitikio wa usaidizi. Msuguano wa msuguano hubainishwa kwa majaribio kwa nyenzo hizi za kusugua na kuingizwa katika majedwali yanayofaa.
Nguvu inayobadilika inakokotolewa kwa njia sawa na nguvu tuli. Tu katika kesi hii, mgawo wa msuguano hutumiwa mahsusi kwa kupiga sliding. Mgawo wa msuguano kawaida huonyeshwa na herufi ya Kigiriki Μ (mu). Kwa hivyo, fomula ya jumla ya nguvu zote mbili za msuguano ni: Ftr=ΜN, ambapo N ni nguvu ya kukabiliana na usaidizi.
Asili ya tofauti kati ya aina hizi za nguvu za msuguano haijabainishwa kwa usahihi. Walakini, wanasayansi wengi wanaamini kuwa nguvu ya msuguano tuli ni kubwa kuliko ile ya kuteleza, kwa sababu wakati miili imepumzika kwa jamaa kwa muda fulani, vifungo vya ioni au mikrofusions ya sehemu za kibinafsi za nyuso zinaweza kuunda kati ya nyuso zao. Sababu hizi husababisha kuongezeka kwa tulikiashirio.
Mfano wa aina kadhaa za nguvu ya msuguano na udhihirisho wao ni pistoni kwenye silinda ya injini ya gari, ambayo "huuzwa" kwenye silinda ikiwa injini haifanyi kazi kwa muda mrefu.
Mwili wa kuteleza ulio mlalo
Hebu tupate mlingano wa mwendo wa mwili ambao, chini ya utendakazi wa nguvu ya nje Fkatika, huanza kusogea kwenye uso kwa kutelezesha. Katika hali hii, nguvu zifuatazo hutenda kwenye mwili:
- Fv - nguvu ya nje;
- Ftr – nguvu ya msuguano ambayo iko kinyume katika mwelekeo wa nguvu Fv;
- N ni nguvu ya mitikio ya kiunga, ambacho ni sawa kwa thamani kamili na uzito wa mwili P na huelekezwa kwenye uso, yaani, kwa pembe ya kulia kwake.
Kwa kuzingatia maelekezo ya nguvu zote, tunaandika sheria ya pili ya Newton kwa kesi hii ya mwendo: Fv - Ftr=ma, ambapo m - molekuli ya mwili, a - kuongeza kasi ya harakati. Kujua kwamba Ftr=ΜN, N=P=mg, ambapo g ni uharakishaji wa kuanguka bila malipo, tunapata: Fv – Μmg=ma. Tunatoka wapi, tukionyesha kasi ambayo mwili wa kuteleza husogea, tunapata: a=F katika / m – Μg.
Msogeo wa mwili mgumu kwenye kimiminika
Wakati wa kuzingatia ni aina gani za nguvu za msuguano zilizopo, mtu anapaswa kutaja jambo muhimu katika fizikia, ambalo ni maelezo ya jinsi mwili mnene unavyosogea kwenye kioevu. Katika kesi hii, tunazungumza juu ya msuguano wa aerodynamic, ambayo imedhamiriwa kulingana na kasi ya mwili kwenye maji. Kuna aina mbili za harakati:
- Linimwili mgumu hutembea kwa kasi ya chini, mtu anazungumzia mwendo wa laminar. Nguvu ya msuguano katika mwendo wa laminar inalingana na kasi. Mfano ni sheria ya Stokes kwa miili ya duara.
- Wakati msogeo wa mwili kwenye kiowevu unatokea kwa kasi ya juu kuliko thamani fulani ya kizingiti, basi mikondo kutoka kwa mtiririko wa maji huanza kuonekana kuzunguka mwili. Vipuli hivi huunda nguvu ya ziada ambayo huzuia harakati, na kwa sababu hiyo, nguvu ya msuguano inalingana na mraba wa kasi.
Asili ya nguvu ya msuguano
Unapozungumza kuhusu aina za nguvu za msuguano, ni kawaida kuiita nguvu ya msuguano unaozunguka kuwa aina ya tatu. Inajidhihirisha wakati mwili unapozunguka juu ya uso fulani na deformation ya mwili huu na uso yenyewe hutokea. Hiyo ni, katika kesi ya mwili usioharibika kabisa na uso, hakuna maana katika kuzungumza juu ya nguvu ya msuguano wa rolling. Hebu tuangalie kwa karibu.
Dhana ya mgawo wa msuguano wa kukunja ni sawa na ile ya kutelezesha. Kwa kuwa hakuna utelezi kati ya nyuso za miili wakati wa kuviringisha, mgawo wa msuguano wa kuviringisha ni mdogo sana kuliko wa kuteleza.
Kipengele kikuu kinachoathiri mgawo ni msisimko wa nishati ya kimakenika kwa aina ya nguvu ya msuguano unaobingirika. Hasa, gurudumu, kulingana na nyenzo ambayo imetengenezwa, na vile vile juu ya mzigo unaobeba, imeharibika wakati wa harakati. Mzunguko wa kurudia wa deformation ya elastic husababisha uhamisho wa sehemu ya nishati ya mitambo kwenye nishati ya joto. Aidha, kutokana nauharibifu, mguso wa gurudumu na uso tayari una eneo fulani lenye kikomo la mguso.
formula ya nguvu ya msuguano
Ikiwa tutatumia usemi wa muda wa nguvu unaozungusha gurudumu, basi tunaweza kupata kwamba nguvu ya msuguano unaozunguka ni Ftr.k.=Μ k N / R, hapa N ni mwitikio wa kiunga, R ni kipenyo cha gurudumu, Μк – mgawo wa msuguano wa kukunja. Kwa hivyo, nguvu ya msuguano unaoviringika inawiana kinyume na radius, ambayo inaelezea faida ya magurudumu makubwa dhidi ya madogo.
Uwiano wa kinyume wa nguvu hii kwenye radius ya gurudumu unapendekeza kwamba katika kesi ya magurudumu mawili ya radii tofauti ambayo yana uzito sawa na yameundwa kwa nyenzo sawa, gurudumu lenye radius kubwa ni rahisi zaidi. tembea.
Uwiano wa kusongesha
Kulingana na fomula ya aina hii ya nguvu ya msuguano, tunapata kwamba mgawo wa msuguano wa kukunjwa Μk una kipimo cha urefu. Inategemea hasa asili ya miili ya kuwasiliana. Thamani, ambayo hubainishwa na uwiano wa mgawo wa msuguano unaoviringika kwenye kipenyo, inaitwa mgawo wa kuviringisha, yaani, Ck=Μk / R ni kiasi kisicho na kipimo.
Kigawo cha kukunja Ck ni kidogo sana kuliko mgawo wa msuguano wa kuteleza Μtr. Kwa hiyo, wakati wa kujibu swali la aina gani ya nguvu ya msuguano ni ndogo zaidi, tunaweza kupiga simu kwa usalama nguvu ya msuguano. Shukrani kwa ukweli huu, uvumbuzi wa gurudumu unachukuliwa kuwa hatua muhimu katika maendeleo ya teknolojia.ubinadamu.
Uwiano wa kusongesha ni mahususi wa mfumo na unategemea mambo yafuatayo:
- ugumu wa gurudumu na uso (kadiri ubadilikaji mdogo wa miili unaotokea wakati wa harakati, ndivyo mgawo wa kuviringika unavyopungua);
- radius ya gurudumu;
- uzito unaofanya kazi kwenye gurudumu;
- eneo la uso wa mawasiliano na umbo lake;
- mnato katika eneo la kugusana kati ya gurudumu na uso;
- joto la mwili
