የሰውነት እንቅስቃሴ በስበት ኃይል እንቅስቃሴ ውስጥ ከተለዋዋጭ ፊዚክስ ማዕከላዊ ርዕሰ ጉዳዮች ውስጥ አንዱ ነው። አንድ ተራ የትምህርት ቤት ልጅ እንኳን የዳይናሚክስ ክፍል በኒውተን ሶስት ህጎች ላይ የተመሰረተ መሆኑን ያውቃል። ይህንን ርዕስ በደንብ ለመረዳት እንሞክር እና እያንዳንዱን ምሳሌ በዝርዝር የሚገልጽ ጽሁፍ የሰውነትን እንቅስቃሴ በስበት ኃይል ማጥናታችን በተቻለ መጠን ጠቃሚ እንዲሆን ይረዳናል።
ትንሽ ታሪክ
ከጥንት ጀምሮ ሰዎች በህይወታችን ውስጥ እየተከሰቱ ያሉትን የተለያዩ ክስተቶች በጉጉት ተመልክተዋል። የሰው ልጅ ለረጅም ጊዜ የብዙ ስርዓቶችን መርሆች እና አወቃቀሮችን ሊረዳ አልቻለም, ነገር ግን በዙሪያችን ያለውን ዓለም ለረጅም ጊዜ በማጥናት አባቶቻችንን ወደ ሳይንሳዊ አብዮት መርቷቸዋል. በአሁኑ ጊዜ ቴክኖሎጂ በሚያስደንቅ ፍጥነት እያደገ ሲሄድ ሰዎች አንዳንድ ዘዴዎች እንዴት እንደሚሠሩ አያስቡም።
ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ቅድመ አያቶቻችን ሁልጊዜ በተፈጥሮ ሂደቶች እና የአለም አወቃቀሮች ሚስጥሮች ላይ ፍላጎት ያሳድሩ ነበር፣ በጣም ከባድ ለሆኑ ጥያቄዎች መልስ ለማግኘት ይፈልጋሉ እና ለእነሱ መልስ እስኪያገኙ ድረስ ማጥናት አላቆሙም። ለምሳሌ, ታዋቂው ሳይንቲስትበ16ኛው መቶ ክፍለ ዘመን የነበረው ጋሊልዮ ጋሊሌይ “አካላት ሁል ጊዜ የሚወድቁት ለምንድነው፣ ወደ መሬት የሚስበው የትኛው ኃይል ነው?” በማለት ተደነቀ። በ 1589 ተከታታይ ሙከራዎችን አዘጋጀ, ውጤታቸውም በጣም ጠቃሚ ሆኖ ተገኝቷል. በፒያሳ ከተማ ከሚገኘው ታዋቂው ግንብ ላይ እቃዎችን በመጣል የተለያዩ አካላትን በነፃ የመውደቅ ዘይቤዎችን በዝርዝር አጥንቷል። እሱ ያወጣቸው ህጎች በሌላ ታዋቂ እንግሊዛዊ ሳይንቲስት - ሰር አይዛክ ኒውተን ቀመሮች ተሻሽለው በዝርዝር ተብራርተዋል። ሁሉም ማለት ይቻላል ዘመናዊ ፊዚክስ የተመሰረተባቸው የሶስቱ ህጎች ባለቤት እሱ ነው።
ከ500 ዓመታት በፊት የተገለጹት የአካል እንቅስቃሴ ሕጎች እስከ ዛሬ ድረስ ጠቃሚ ናቸው ማለት ፕላኔታችን ተመሳሳይ ህጎችን ታከብራለች ማለት ነው። ዘመናዊ ሰው አለምን የማደራጀት መሰረታዊ መርሆችን ቢያንስ ላዩን ማጥናት አለበት።
ተለዋዋጭ መሰረታዊ እና ረዳት ጽንሰ-ሀሳቦች
የእንደዚህ አይነት እንቅስቃሴ መርሆዎችን ሙሉ በሙሉ ለመረዳት በመጀመሪያ እራስዎን ከአንዳንድ ፅንሰ ሀሳቦች ጋር በደንብ ማወቅ አለብዎት። ስለዚህ፣ በጣም አስፈላጊዎቹ የንድፈ ሃሳባዊ ቃላት፡
- መስተጋብር የአካላት ተጽእኖ እርስ በርስ ሲተሳሰር ለውጥ ወይም የእንቅስቃሴ ጅምር ሲኖር ነው። አራት አይነት መስተጋብር አሉ፡ ኤሌክትሮማግኔቲክ፣ ደካማ፣ ጠንካራ እና ስበት።
- ፍጥነት አካላዊ መጠን ሲሆን ይህም የሰውነት እንቅስቃሴን ፍጥነት ያሳያል። ፍጥነት ቬክተር ነው ይህም ማለት ዋጋ ብቻ ሳይሆን አቅጣጫም አለው።
- የፍጥነት መጠኑ ያ ነው።በተወሰነ ጊዜ ውስጥ በሰውነት ውስጥ ያለውን የፍጥነት ለውጥ መጠን ያሳየናል. እንዲሁም የቬክተር ብዛት ነው።
- የመንገዱ አቅጣጫ ጠመዝማዛ ሲሆን አንዳንዴም ቀጥተኛ መስመር ሲሆን ይህም ሰውነት በሚንቀሳቀስበት ጊዜ ይገልፃል። ወጥ በሆነ የሬክቲላይንየር እንቅስቃሴ፣ ትራጀክቱ ከመፈናቀሉ ዋጋው ጋር ሊገጣጠም ይችላል።
- መንገዱ የመንገዱን ርዝመት ማለትም ልክ አካል በተወሰነ ጊዜ ውስጥ የተጓዘበትን ያህል ነው።
- የማይነቃነቅ የማጣቀሻ ፍሬም የኒውተን የመጀመሪያ ህግ የሚፈፀምበት አካባቢ ነው፣ ማለትም፣ ሁሉም የውጭ ሀይሎች ሙሉ በሙሉ እስካልቀሩ ድረስ የሰውነት ጉልበትን የሚይዝበት አካባቢ ነው።
ከላይ ያሉት ፅንሰ-ሀሳቦች በስበት ኃይል ስር ያለ የሰውነት እንቅስቃሴን በጭንቅላቶ ውስጥ በትክክል ለመሳል ወይም ለመገመት በቂ ናቸው።
ጥንካሬ ማለት ምን ማለት ነው?
ወደ ርዕሰ ጉዳያችን ዋና ፅንሰ ሀሳብ እንሂድ። ስለዚህ ሃይል ብዛት ነው ትርጉሙም የአንድ አካል ተጽእኖ ወይም ተጽእኖ በመጠን ነው። እና ስበት በፕላኔታችን ላይ ወይም በፕላኔታችን አቅራቢያ በሚገኝ እያንዳንዱ አካል ላይ ሙሉ በሙሉ የሚሠራ ኃይል ነው። ጥያቄው የሚነሳው ይህ ኃይል ከየት ነው የሚመጣው? መልሱ የሚገኘው በስበት ህግ ላይ ነው።
ስበት ምንድን ነው?
ከምድር ጎን ያለ ማንኛውም አካል በስበት ኃይል ይጎዳል፣ይህም የተወሰነ ፍጥነት ይጨምራል። የስበት ኃይል ሁል ጊዜ ወደ ፕላኔቷ መሃከል ቀጥ ያለ የታች አቅጣጫ አለው።በሌላ አነጋገር የስበት ኃይል እቃዎችን ወደ ምድር ይጎትታል, ለዚህም ነው እቃዎች ሁልጊዜ ይወድቃሉ. የስበት ኃይል የአጽናፈ ዓለማዊ የስበት ኃይል ልዩ ጉዳይ እንደሆነ ተገለጸ። ኒውተን በሁለት አካላት መካከል ያለውን የመሳብ ኃይል ለማግኘት ከዋነኞቹ ቀመሮች አንዱን አውጥቷል። ይህን ይመስላል፡ F=G(m1 x m2) / R2.
የነጻ ውድቀት ማጣደፍ ምንድነው?
ከተወሰነ ከፍታ የሚወጣ አካል ሁል ጊዜ የሚበርው በስበት ኃይል ነው። በአቀባዊ ወደ ላይ እና ወደ ታች በመሬት ስበት እንቅስቃሴ ስር ያለው የሰውነት እንቅስቃሴ በእኩልነት ሊገለጽ ይችላል ፣ እዚያም ዋናው ቋሚ የፍጥነት “ሰ” እሴት ይሆናል። ይህ ዋጋ የሚስብ ሃይል በሚወስደው እርምጃ ብቻ ነው፣ እና ዋጋው በግምት 9.8 ሜ/ሰ2 ነው። መነሻ ፍጥነት ከሌለው ከፍታ ላይ የተወረወረ አካል ከ"ሰ" እሴት ጋር እኩል በሆነ ፍጥነት ወደ ታች ይንቀሳቀሳል።
የሰውነት እንቅስቃሴ በስበት ኃይል፡ ለችግሮች መፍቻ ቀመሮች
የስበት ኃይልን ለማግኘት መሰረታዊው ቀመር የሚከተለው ነው፡ Fስበት =m x g፣ m ኃይሉ የሚሠራበት የሰውነት ብዛት እና "ሰ" ነው። የነጻ ውድቀት ማፋጠን ነው (ተግባራትን ለማቃለል ከ10 ሜ/ሰ ጋር እኩል እንደሆነ ይታሰባል2)።
በነጻ የሰውነት እንቅስቃሴ ውስጥ አንድ ወይም ሌላ የማይታወቅ ለማግኘት ብዙ ተጨማሪ ቀመሮች አሉ። ስለዚህ ፣ ለምሳሌ ፣ በሰውነት የተጓዘበትን መንገድ ለማስላት ፣ የታወቁ እሴቶችን በዚህ ቀመር ውስጥ መተካት አስፈላጊ ነው-S=V0 x t + a x t2 / 2 (መንገዱ ከምርቶቹ ድምር ጋር እኩል ነው። የመጀመርያው ፍጥነት በጊዜ ተባዝቶ እና ፍጥነቱ በጊዜ ካሬ በ 2 ተከፈለ)።
የአንድ አካል አቀባዊ እንቅስቃሴን የሚገልጹ እኩልታዎች
የሰውነት በስበት ኃይል ተጽኖ ወደ ቁመታዊ እንቅስቃሴ በሚመስል ቀመር ሊገለጽ ይችላል፡ x=x0 + v0 x t + a x t2 / 2. ይህንን አገላለጽ በመጠቀም የሰውነት መጋጠሚያዎችን በሚታወቅ ጊዜ ማግኘት ይችላሉ። በችግሩ ውስጥ የሚታወቁትን እሴቶች መተካት ብቻ ያስፈልግዎታል-የመጀመሪያው ቦታ ፣ የመነሻ ፍጥነት (ሰውነቱ ካልተለቀቀ ፣ ግን በተወሰነ ኃይል ከተገፋ) እና ማፋጠን ፣ በእኛ ሁኔታ ከፍጥነት ሰ ጋር እኩል ይሆናል ።.
በተመሳሳይ መንገድ በስበት ኃይል ስር የሚንቀሳቀሰውን የሰውነት ፍጥነት ማግኘት ይችላሉ። በማንኛውም ጊዜ የማይታወቅ እሴት የማግኘት አገላለጽ፡- v=v0 + g x t አካል የሚንቀሳቀስ።
የአካላት እንቅስቃሴ በስበት ኃይል፡ ተግባራት እና መፍትሄዎች ለመፍትሄዎቻቸው
ከስበት ኃይል ጋር ለተያያዙ ብዙ ችግሮች፣ የሚከተለውን እቅድ እንዲጠቀሙ እንመክራለን፡
- ለራስህ ምቹ የሆነ የማይነቃነቅ የማጣቀሻ ፍሬም ወስን ፣ብዙውን ጊዜ ምድርን መምረጥ የተለመደ ነው ፣ምክንያቱም ብዙ የ ISO መስፈርቶችን ያሟላል።
- ዋና ዋና ሀይሎችን የሚያሳይ ትንሽ ስዕል ወይም ስዕል ይሳሉ፣በሰውነት ላይ እርምጃ መውሰድ. የሰውነት እንቅስቃሴ በስበት ኃይል ስር የሚንቀሳቀሰው ግ
- ከዚያም ለፕሮጀክተሮች ኃይሎች እና የውጤት መፋጠን አቅጣጫን መምረጥ አለቦት።
- የማይታወቁ መጠኖችን ይፃፉ እና አቅጣጫቸውን ይወስኑ።
- በመጨረሻ፣ ችግሮችን ለመፍታት ከላይ ያሉትን ቀመሮች በመጠቀም፣ የተፋጠነውን ወይም የተጓዘበትን ርቀት ለማግኘት ውሂቡን ወደ እኩልታዎች በመቀየር ሁሉንም ያልታወቁትን አስላ።
ለአገልግሎት ዝግጁ የሆነ መፍትሄ ለቀላል ተግባር
ወደ እንደዚህ አይነት ክስተት ስንመጣ የሰውነት አካል በስበት ኃይል መንቀሳቀስ፣ በእጃችን ያለውን ችግር ለመፍታት የትኛው መንገድ የበለጠ ተግባራዊ እንደሚሆን መወሰን ከባድ ሊሆን ይችላል። ሆኖም ግን, ጥቂት ዘዴዎች አሉ, እነሱን በመጠቀም በጣም ከባድ የሆነውን ስራ እንኳን በቀላሉ መፍታት ይችላሉ. እንግዲያው፣ አንድን የተለየ ችግር እንዴት እንደሚፈታ የቀጥታ ምሳሌዎችን እንመልከት። በቀላሉ በሚረዳ ችግር እንጀምር።
የተወሰነ አካል ከ20 ሜትር ከፍታ ላይ ያለ የመጀመሪያ ፍጥነት ተለቋል። የምድር ገጽ ላይ ለመድረስ ምን ያህል ጊዜ እንደሚወስድ ይወስኑ።
መፍትሔ፡- በሰውነት የሚጓዝበትን መንገድ እናውቃለን፣የመጀመሪያው ፍጥነት 0 እንደነበር እናውቃለን።በተጨማሪም በሰውነት ላይ የስበት ኃይል ብቻ እንደሚሰራ ማወቅ እንችላለን፣ይህም በሰውነት ስር ያለው እንቅስቃሴ ነው። የስበት ኃይል ተጽዕኖ፣ እና ስለዚህ ይህንን ቀመር መጠቀም አለብን፡ S=V0 x t + a x t2 /2. በእኛ ሁኔታ a=g ፣ ከተወሰኑ ለውጦች በኋላ የሚከተለውን እኩልታ እናገኛለን S=g x t2 / 2. አሁንጊዜውን በዚህ ቀመር ለመግለፅ ብቻ ይቀራል፣ ያንን t2 =2S/g እናገኛለን። የሚታወቁትን እሴቶች ይተኩ (g=10 m/s2) t2=2 x 20/10=4. ስለዚህ, t=2 ሴ.
ስለዚህ መልሳችን፡ ሰውነቱ በ2 ሰከንድ ውስጥ ወደ መሬት ይወድቃል።
ችግሩን በፍጥነት ለመፍታት የሚያስችል ብልሃት እንደሚከተለው ነው፡- ከላይ በተጠቀሰው ችግር ውስጥ የተገለጸው የሰውነት እንቅስቃሴ በአንድ አቅጣጫ (በአቀባዊ ወደ ታች) እንደሚከሰት ማየት ይችላሉ። ከስበት ኃይል በስተቀር (የአየር መከላከያ ኃይልን ችላ እንላለን) ምንም ዓይነት ኃይል በሰውነት ላይ ስለማይሠራ ወጥ በሆነ መልኩ ከተፋጠነ እንቅስቃሴ ጋር በጣም ተመሳሳይ ነው። ለዚህም ምስጋና ይግባውና የሥዕሎችን ምስሎች በሰውነት ላይ በሚሠሩ ኃይሎች ዝግጅት በማለፍ ወጥ በሆነ መልኩ በተፋጠነ እንቅስቃሴ መንገዱን ለማግኘት ቀላል ቀመር መጠቀም ይችላሉ።
የተወሳሰበ ችግርን የመፍታት ምሳሌ
አሁን ደግሞ ሰውነት በአቀባዊ ካልተንቀሳቀሰ ነገር ግን ውስብስብ የሆነ የእንቅስቃሴ ዘይቤ ካለው አካል በስበት ኃይል እንቅስቃሴ ላይ ችግሮችን እንዴት መፍታት እንደሚቻል እንይ።
ለምሳሌ የሚከተለው ችግር። የጅምላ m ነገር ባልታወቀ ፍጥነት ወደ ያዘነበለ አይሮፕላን እየወረደ ነው የግጭቱ ብዛት k ነው። የተሰጠው አካል በሚንቀሳቀስበት ጊዜ ያለውን የፍጥነት መጠን ይወስኑ፣ የፍላጎት አንግል α የሚታወቅ ከሆነ።
መፍትሄ፡ ከላይ ያለውን እቅድ ተጠቀም። በመጀመሪያ ፣ የታዘዘውን አውሮፕላን በሰውነት ምስል እና በእሱ ላይ የሚሠሩትን ኃይሎች ሁሉ ይሳሉ። ሶስት አካላት በእሱ ላይ ይሰራሉስበት, ግጭት እና የድጋፍ ምላሽ ኃይል. የውጤት ኃይሎች አጠቃላይ እኩልታ ይህን ይመስላል፡ F friction + N + mg=ma.
የችግሩ ዋና ነጥብ በአንግል α ላይ ያለው ተዳፋት ሁኔታ ነው። በበሬው ዘንግ እና በኦይ ዘንግ ላይ ሀይሎችን በሚፈጥሩበት ጊዜ ይህ ሁኔታ ግምት ውስጥ መግባት አለበት ፣ ከዚያ የሚከተለውን አገላለጽ እናገኛለን mg x sin α - Ffriction =ma (ለ x ዘንግ) እና N - mg x cos α=Fክፍተት (ለኦይ ዘንግ)።
F friction የግጭት ሃይልን ለማግኘት በቀመርው በቀላሉ ለማስላት ቀላል ሲሆን ከ k x mg ጋር እኩል ነው (በሰውነት ብዛት እና በነፃ ውድቀት ማፋጠን የሚባዛ). ከሁሉም ስሌቶች በኋላ ፣ በቀመሩ ውስጥ የሚገኙትን እሴቶች ለመተካት ብቻ ይቀራል ፣ ሰውነቱ በያዘው አውሮፕላን የሚንቀሳቀሰውን ፍጥነት ለማስላት ቀለል ያለ ቀመር ያገኛል።
