Ічеські явища - Сайт Олександра Таранова
Чи є мрія? Іди до неї! Чи не можеш йти? Повзи до неї! Чи не можеш повзти? Ляж і лежи у напрямку мрії.
05. Механічні явища
Механічним рухом тіла називається зміна його положення у просторі щодо інших тіл з часом. При цьому тіла взаємодіють за законами механіки.
Розділ механіки, що описує геометричні властивості руху без урахування причин, що його викликають, називається кінематикою.
У загальному значенні рухом називається будь-яке просторове чи тимчасове зміна стану фізичної системи. Наприклад, можна говорити про рух хвилі у середовищі.
Відносність – залежність механічного руху тіла від системи відліку. Не вказавши систему відліку, немає сенсу говорити про рух.
Траєкторія матеріальної точки - лінія в тривимірному просторі, що представляє собою безліч точок, в яких знаходилася, знаходиться або перебуватиме матеріальна точка при своєму переміщенні в просторі. Істотно, що поняття про траєкторію має фізичне значення навіть за відсутності будь-якого по ній руху. Крім того, і за наявності об'єкта, що рухається по ній, траєкторія сама по собі не може нічого дати щодо причин руху, тобто про діючі сили.
Шлях - довжина ділянки траєкторії матеріальної точки, пройденої нею за певний час.
Швидкість (часто позначається від англ. velocity або фр. vitesse) — векторна фізична величина, що характеризує швидкість переміщення та напрямок руху матеріальної точки у просторі щодо обраної системи відліку (наприклад, кутова швидкість). Цим самим словом може називатися скалярна величина, точніше модуль похідної радіус-вектора.
У науці використовується такожшвидкість у широкому значенні, як швидкість зміни будь-якої величини (не обов'язково радіус-вектора) в залежності від іншої (частіше зміни в часі, але також у просторі чи будь-якій іншій). Так, наприклад, говорять про швидкість зміни температури, швидкість хімічної реакції, групову швидкість, швидкість з'єднання, кутову швидкість і т. д. Математично характеризується похідною функції.
Одиниці виміру швидкості
Метр на секунду, (м/с), похідна одиниця системи СІ
Кілометр за годину, (км/год)
вузол (морська миля на годину)
Число Маха, 1 Мах дорівнює швидкості звуку у цьому середовищі; Max n у n разів швидше.
Як одиниця, яка залежить від конкретних умов середовища, має додатково визначатися.
Швидкість світла у вакуумі (позначається c)
У сучасній механіці рух тіла поділяється на види, і існує наступна класифікація видів руху тіла:
Кожне з цих видів може бути нерівномірним та рівномірним (з не постійною та постійною швидкістю відповідно).
Середня швидкість нерівномірного руху
Середня шляхова швидкість - це відношення довжини шляху, пройденого тілом, до часу, за який цей шлях був пройдений:
Середня колійна швидкість, на відміну від миттєвої швидкості, не є векторною величиною.
Середня швидкість дорівнює середньому арифметичному від швидкостей тіла під час руху лише тому випадку, коли тіло рухалося з цими швидкостями однакові проміжки часу.
У той же час, якщо, наприклад, половину шляху автомобіль рухався зі швидкістю 180 км/год, а другу половину зі швидкістю 20 км/год, то середня швидкість буде 36 км/год. У прикладах, подібних до цього, середня швидкість дорівнює середньому гармонійному всіх швидкостей на окремих, рівних міжсобою, ділянках колії.
Середня швидкість переміщення
Можна також ввести середню швидкість переміщення, яка буде вектором, рівним відношенню переміщення до часу, за який воно скоєно:
Середня швидкість, визначена таким чином, може дорівнювати нулю навіть у тому випадку, якщо точка реально рухалася (але в кінці проміжку часу повернулася у вихідне положення).
Якщо переміщення відбувалося по прямій (причому в одному напрямку), то середня колійна швидкість дорівнює модулю середньої швидкості переміщення.
Прямолінійне рівномірне рух – це рух, у якому тіло (точка) за будь-які рівні проміжки часу здійснює однакові переміщення. Вектор швидкості точки залишається незмінним, а її переміщення є добутком вектора швидкості на час:
Якщо направити координатну вісь вздовж прямої, якою рухається точка, то залежність координати точки від часу є лінійною: , де - початкова координата точки, - проекція вектора швидкості на координатну вісь x.
Крапка, що розглядається в інерційній системі відліку, знаходиться в стані рівномірного прямолінійного руху, якщо рівнодіюча всіх сил, прикладених до точки, дорівнює нулю.
Обертальний рух - вид механічного руху. При обертальному русі абсолютно твердого тіла його точки описують кола, розташовані в паралельних площинах. Центри всіх кіл лежать при цьому на одній прямій, перпендикулярній до площин кіл і званою віссю обертання. Вісь обертання може розташовуватися всередині тіла та за його межами. Вісь обертання у цій системі відліку то, можливо рухомий, і нерухомої. Наприклад, у системі відліку, пов'язаної із Землею, вісь обертання ротора генератора на електростанціїнерухома.
Характеристики обертання тіла
При рівномірному обертанні (N обертів за секунду),
Частота обертання — кількість обертів тіла за одиницю часу,
Період обертання – час одного повного обороту. Період обертання T та його частота v пов'язані співвідношенням T = 1/v.
Лінійна швидкість точки, що знаходиться на відстані R від осі обертання
, Кутова швидкість обертання тіла.
Кінетична енергія обертального руху
, де Iz - момент інерції тіла щодо осі обертання. w - Кутова швидкість.
Гармонійний осцилятор (у класичній механіці) - це система, яка при зміщенні з положення рівноваги відчуває дію сили, що повертає, пропорційної зміщенню.
Якщо сила, що повертає, — єдина сила, що діє на систему, то систему називають простим або консервативним гармонічним осцилятором. Вільні коливання такої системи є періодичним рухом біля положення рівноваги (гармонічні коливання). Частота і амплітуда у своїй постійні, причому частота залежить від амплітуди.
Якщо є ще й сила тертя (загасання), пропорційна швидкості руху (в'язке тертя), таку систему називають загасаючим або диссипативним осцилятором. Якщо тертя не надто велике, то система здійснює майже періодичний рух — синусоїдальні коливання з постійною частотою та експоненційно спадаючою амплітудою. Частота вільних коливань загасаючого осцилятора виявляється дещо нижчою, ніж у аналогічного осцилятора без тертя.
Якщо осцилятор надано сам собі, то кажуть, що він здійснює вільні вагання. Якщо ж є зовнішня сила (що залежить від часу), то кажуть, що осцилятор відчуває вимушені коливання.
Механічними прикладами гармонійного осцилятора є математичний маятник (з малими кутами усунення), вантаж на пружині, торсійний маятник та акустичні системи. Серед інших аналогів гармонійного осцилятора варто виділити електричний гармонійний осцилятор (див. LC-ланцюг).
Звук , у сенсі — пружні хвилі, поздовжньо які поширюються серед і створюють у ній механічні коливання; у вузькому значенні - суб'єктивне сприйняття цих коливань спеціальними органами почуттів тварин чи людини.
Як і будь-яка хвиля, звук характеризується амплітудою та спектром частот. Зазвичай людина чує звуки, що передаються повітрям, в діапазоні частот від 16 Гц до 20 кГц. Звук нижче діапазону чутності людини називають інфразвуком; вище: до 1 ГГц - ультразвуком, більше 1 ГГц - гіперзвуком. Серед чутних звуків слід також особливо виділити фонетичні, мовні звуки та фонеми (з яких складається усне мовлення) та музичні звуки (з яких складається музика).
Фізичні параметри звуку
Коливальна швидкість - величина, що дорівнює добутку амплітуди коливань А частинок середовища, через яку проходить періодична звукова хвиля, на кутову частоту w :
v=Aw, вимірюється м/с або см/с.
В енергетичному відношенні реальні коливальні системи характеризуються зміною енергії внаслідок її часткової витрати на роботу проти сил тертя і випромінювання в навколишній простір. У пружному середовищі коливання поступово згасають. Для характеристики загасаючих коливань використовуються коефіцієнт загасання (S), логарифмічний декремент (D) та добротність (Q).
Коефіцієнт згасання відбиває швидкість зменшення амплітуди з часом. Якщо позначити час, протягом якого амплітуда зменшується в е = 2718 рази, через t , то:
.
Швидкість звуку – швидкість поширення звукових хвиль у середовищі.
Як правило, у газах швидкість звуку менша, ніж у рідинах, а в рідинах швидкість звуку менша, ніж у твердих тілах, що пов'язано в основному зі зменшенням стисливості речовин у цих фазових станах відповідно.
У середньому, в ідеальних умовах, у повітрі швидкість звуку становить 340-344 м/с.
Швидкість звуку в будь-якому середовищі обчислюється за такою формулою:
де В - адіабатична стисливість середовища; р - Щільність.
Як і світлові хвилі, звукові теж можуть відбиватися, заломлюватись і т.д.
Ваші друзі та випадкові відвідувачі завдяки цьому додадуть Вам та моєму сайту рейтинг