Елементарні відомості з механіки

ЕЛЕМЕНТАРНІ ВІДОМОСТІ З МЕХАНІКИ.

20 МЕХАНІЧНИЙ РУХ. ВІДНОСНІСТЬ РУХУІ СПОКОЮ

Вдалині на дорозі видно автомобіль. Ми не чуємо шуму його двигуна і не бачимо, чи обертаються його колеса. Як визначити, чи рухається автомобіль.

Простежимо за положенням автомобіля відносно дерева, яке росте біля дороги. Якщо віддаль від дерева до автомобіля змінюється, ми робимо висновок, що автомобіль рухається; якщо ж не змінюється, значить автомобіль перебуває у спокої

Корабель знаходиться у відкритому морі. Берега уже не видно і не видно ніяких предметів на поверхні води. На палубу вийшов пасажир. Йому важко визначити чи корабель рухається, чи стоїть на місці. Аж раптом удалині він побачив маяк. Корабель став наближатися до маяка. Тепер пасажир зрозумів, що корабель рухається. Отже, рух корабля пасажир визначив відносно маяка.

На паралельних коліях стоять два поїзди. Раптом один з них рушив. Пасажиру, який дивиться на сусідній поїзд, важко визначити, який поїзд рухається. Щоб визначити чи рухається його поїзд, треба вибрати якийсь предмет на землі: приміщення вокзалу, дерево, будівлю чи телеграфний стовп. Відносно цього предмету і можна визначити рухається його поїзд чи стоїть на місці.

Механічним рухом називається зміна положення даного тіла відносно інших тіл.

Механічні рухи тіл дуже різноманітні. Рух Землі, планет, хмар,

води в ріках, поїздів, літаків, автомобілів, різних частин машин і верстатів, людей, тварин, птахів і т.д.

Механічні рухи вивчаються в розділі фізики, що називається механікою. Слово механіка походить від грецького слова “механе” що означає машина або пристрій.

Кожний механічний рух, що вивчається у фізиці, завжди є відносний рух. Пароплав рухається відносно берега, поїзд — відносно полотна залізниці, різець токарного верстата — відносно основи верстам і т.д. Але і берег, і полотно залізниці, і основа верстата самі рухаються разом із Землею.

Тіла, відносно яких розглядається рух, називаються тілами відліку.

Рух тіла відбувається протягом певного проміжку часу. Рухоме тіло під час свого руху за цей час опише лініюю.

Лінія, по якій рухається тіло, називається траєкторією руху.

Проведемо крейдою лінію на класній дошці: ця лінія буде траєкторією руху грудки крейди /мал. 45/. Видиму траєкторію руху — світлий слід — заливає в нічному небі метеор /мал. 46/ або сигнальна ракета. На малюнку 47 видно лижний слід, залишений дівчинкою, яка спустилася на ликах з гори. На малюнку 48 штриховою лінією зображено траєкторію лижника, який стрибав з трампліна. Довжина Траєкторії ОА — це шлях, пройдений лижником за час спускання з гори.

За траєкторією рухи тіл поділяються на прямолінійні і криволінійні.

1. Який рух називається механічним?

2. Які тіла називають тілом відліку?

3. Чому кажуть, що Сонце сходить і заходить? Що в даному випадку є тілом відліку?

4. У вагоні рухомого поїзда сидить пасажир. Що може сказати про його рух провідник вагона і стрілочник, повз якого рухається поїзд?

5. Навести приклади відносного руху тіл і пояснити, відносно яких тіл пасажир, що їде в автобусі, рухається, а відносно яких перебуває у спокої.

6. Що таке траєкторія руху тіла?

7. Якими можуть бути траєкторії руху тіл?

Завдання. Виміряйте довжину свого кроку і, користуючись цією мірою, визначте, який шлях ви проходите від школи до майстерень. За який час ви проходите цей шлях?

21 ВИДИ РУХІВ

Рухи тіл можуть бути дуже різноманітними. Рух кузова автомобіля, наприклад, відрізняється від руху його коліс. Колеса обертаються, а кузов не бере участі в обертальному русі.

Обертаючи колодязний вал, витягають з колодязя відро з водою. При цьому вал і відро рухаються по-різному.

Основними видами руху тіл в поступальний, обертальний і коливальний.

Розглянемо ці рухи окремо.

Поступальний рух.

Поступальним рухом є, наприклад, рух шухляди, що висувається з стола, рух поршня в двигуні внутрішнього згоряння, рух машини, рух різця вздовж корпусу токарного верстата /мал. 49/ або деталі на поздовжньо-стругальному верстаті відносно різця /мал. 50/, рух вантажу, яких переносять підіймальним краном /мал. 51/, рух предмета на стрічці транспортера /мал. 52/ і багато інших рухів.

Розглянемо ознаки поступального руху тіла.

При перенесенні вантажу краном легко побачити, що всі точки вантажу при його перенесенні описують у просторі однакові траєкторії і проходять одинакові шляхи за один і той самий час.

Отже, при поступальному русі тіла всі його точки описують однакові траєкторії в просторі і за один і той самий проміжок часу проходять однакові шляхи.

Не слід думати, що поступальним може бути лише прямолінійний рух. Прикладом може бути рух олівця /мал. 53/.

Обертальний рух.

Обертальний рух здійснюють колесо машин, гвинти літаків і пароплавів, махові колеса, вали, шестерні, шківи, паси верстатів та машин, деталі затиснуті у токарнях верстатах, циркульна пила. Кожна точка Землі здійснює обертальний рух, внаслідок добового обертання Землі навколо своєї осі. Цей рух Землі спричиняє зміну дня і ночі. Сама Земля здійснює обертальний рух навколо Сонця, а планети — навколо Землі.

Кінці стрілки годинника рівномірно обертаються по колу. Щоб виявити особливості обертального руху, виконаємо дослід. Візьмемо картонний диск з намальованими на ньому точками на різних відстанях від центра /мал. 54/ і будемо його швидко обертати. Замість кружечків ми побачимо на диску ряд кіл різних радіусів /мал. 55/.

Цей дослід показує, що при обертальному русі тіла різні його точки рухаються по колах. Центри цих кіл лежать на одній прямій, яка називається віссю обертання тіла.

При обертанні тіла по коду виникав відцентрова сила. Ця відцентрова сила широко використовується людиною у різних відцентрових машинах /мал. 56/.

У кулясту скляну посудину надити рідини різної густини /олії, води, меду/, накидати кусочків корка і привести посудину /мал. 57/ в обертання на відцентровій машині. Рідини розмістяться кільцями: зовнішній — мед, дальшим — вода, далі - олія /на внутрішні й поверхні олії розмістяться кусочки корка/ і, нарешті, всередині — повітряний стовп. Взагалі найгустіша рідина розміщується далі від осі обертання.

Центрифуга з сітчастими стінками вживається для відокремлення меду від стільників, для відокремлення воді від цукру /сушіння цукру/, води від мокрої білизни, соку від помелених овочів і фруктів у соковижималках, вершків від молока у сепараторах /мал. 58/. Широко використовуються відцентрові насоси /мал. 59/.

Коливальний рух.

Якщо у фізичному штативі затиснути пружну пластину у горизонтальному положенні і підняти її вільний кінець у верх, то коли відпустимо вільний кінець, він почне коливатись. Рух вільного кінця пластини буде коливальним рухом.

До штатива підвісимо на нитці кульку чи висок. Відхилимо її в сторону і відпустимо. Кулька почне коливатися. Це явище називається коливанням маятника /мал. 60/.

Коливальний рух здійснюють звичайна дитяча гойдалка, маятник

годинника, маятник метронома і інші /мал. 61/.

Різні види руху тіл можна спостерігати під час роботи швейної машини /мал. 62/. Рукоятка машини 1, махове колесо 2, вал машини З обертаються. Голководій з голкою 4 рухається вгору і вниз поступальної човник 5 і нитконатягувач 6 виконують коливальні рухи.

Рух свердла свердлильного верстата при роботі складається з двох рухів) обертального і поступального.

1. Які види рухів ви знаєте?

2. Дати приклади поступальних рухів.

3. Дати приклади коливальних рухів.

4. Санки з’їжджають з гори; кулька скочується похилим жолобом; камінь, випущений з рук, падає; Які з цих тіл рухаються поступально?

5. Який вид руху здійснюють: деталь у токарному верстаті; свердло у свердлильному верстаті; голка швейної машини, махове колесо швейної машини?

6. Які види рухів здійснюють при роботі ручного дриля? 7. По поверхні стола рухається іграшкова машина. Який вид руху вона здійснює?

7. Де використовують відцентрові машини?

ШВИДКІСТЬ РУХУ. ОДИНИЦІ ШВИДКОСТІ

22 РІВНОМІРНИЙ І НЕРІВНОМІРНИЙ РУХИ

Якщо яке-небудь тіло за будь-які однакові проміжки часу проходить однакові шляхи, то його рух називають рівномірним.

На мал. 63 зображено візок, на якому встановлено крапельницю.

3 крапельниці через однакові проміжки часу падають краплі. Під час руху візка відстані між слідами, що їх залишили краплі на папері, однакові. Отже, візок за однакові проміжки часу проходить однакові шляхи, тобто він рухається рівномірно.

Прив’язаний до нитки тягарець має бути такої величини, щоб візок починав рухатись при найменшому поштовху.

Рівномірний рух зустрічається в природі дуже рідко. Приблизно однакові шляхи за однакові проміжки часу проходить Земля, обертаючись навколо Сонця, кінець стрілки годинника.

Більшість рухів не в рівномірними. Наприклад, поїзд, відходячи від станції, проходить за однакові проміжки часу все більші і більші шляхи. Наближаючись до станції, він, навпаки, за одинакові проміжки часу проходить щоразу менші шляхи. Отже, поїзд рухається нерівномірно.

Знову проведемо дослід з візком. Підвісимо важчий тягарець до візка /мал. 64/. Візок почне рухатись баз поштовху. Падаючі краплі залишать сліди, але вже не на однакових відстанях одна від одної. Це означає, що тепер візок за однакові проміжки часу проходять вже неоднакові відстані.

Рух, при якому тіло за будь-які однакові проміжки часу проходять не однакові шляхи, називається нерівномірним рухом.

23. ШВИДКІСТЬ. ОДИНИЦІ ШВИДКОСТІ

Автомобіль, що рухається рівномірно, випереджає людину, яка йде рівномірно тому, що рухається швидше від неї. Літак рухається швидше, ніж автомобіль, а штучний супутник Землі — швидше, ніж літак. Рухи всіх цих тіл відрізняються між собою швидкістю.

Швидкість тіла при рівномірному русі показує, який шлях проходить тіло за одиницю часу.

Наприклад, якщо за кожну годину автомобіль, проходить 65 км, а літак пролітає 600км, то кажуть, що швидкість автомобіля 66 кілометрів за годину, а швидкість літака 600кілометрів за годину.

Щоб визначити швидкість тіла при рівномірному русі, треба шлях, пройдений тілом за який-небудь проміжок часу, поділити на цей проміжок часу.

Позначимо всі величини, що входять у цей вираз буквами: S — шлях, t — проміжок часу, за який пройдено шлях, V — швидкість; тоді дістанемо формулу для обчислення швидкості:

За одиницю швидкості беруть швидкість такого рівномірного руху, при якому рухоме тіло за 1 секунду проходить шлях, що дорівнює 1м.

Цю одиницю швидкості записують так 1м/сек.

Використовують і інші одиниці швидкості 1км/год.

Транспортні засоби рухаються нерівномірно. На зупинках їх швидкість дорівнює нулю, потім вона збільшується, а перед наступною зупинкою зменшується. При такому русі говорять про середню швидкість руху на даному відрізку шляху або за певний проміжок часу руху.

Щоб визначити швидкість, пройдений шлях ділять на час руху, тобто роблять так само, як і при обчисленні швидкості рівномірного руху.

або

Розглянемо приклад. Відстань міх двома містами 3200 км. Поїзд, рухаючись нерівномірно, проходить цей шлях за 64 години. Знайти середню швидкість поїзда.