Hlavní znak absolutně pevného těla. Koncept absolutně tuhého těla a zákony rotačního pohybu

Předmět fyziky

1.1. Hmota jako předmět poznání

Fyzika je věda o nejobecnějších vlastnostech a formách pohybu hmoty. Fyzické formy pohybu hmoty (mechanické, tepelné, elektromagnetické atd.) Se odehrávají v „neživé“ přírodě, jsou však také součástmi složitějších forem pohybu souvisejících se světem „živé“ hmoty.

Hmota je objektivní realita, která je dána člověku v jeho vjemech a existuje nezávisle na jeho vědomí a vjemech. Určité vlastnosti hmoty lze kopírovat, fotografovat, měřit lidskými smysly a speciálními zařízeními, která vytvořil. Z toho vyplývá, že hmota je poznatelná.

Fyzika je věda, která se neustále vyvíjí, jako každá jiná věda, protože čím širší je kruh poznání, tím větší je obvod hranic s neznámým.

Vztah k filozofii:

Akademik S.I. Vavilov v jednom ze svých článků uvedl: „... konečná shodnost významné části obsahu fyziky, jejích faktorů a zákonů od nepaměti přiblížila fyziku k filozofii ... Někdy jsou fyzikální tvrzení ze své podstaty taková, že je obtížné je odlišit od filozofických a fyzik musí být filozof. “

Pravdivost tohoto tvrzení potvrzují fakta o historii vývoje vědy. Například pokusy o vynalezení stroje s neustálým pohybem, nevyčerpatelné zdroje energie, pokusy o nalezení nejmenší částice hmoty. A toto bylo zpočátku považováno za molekulu, poté atom, poté elektron.

A pouze přírodní vědec vyzbrojený znalostmi filozofie ví, že nemůže existovat žádný stroj na neustálý pohyb, že neexistuje žádná nejmenší nedělitelná částice hmoty, stejně jako neexistuje žádná největší - vesmír je nekonečný. Pro nezasvěceného člověka je těžké si to představit, ale je to tak, a zde dochází ke konvergenci fyziky a filozofie.

Aktuálně známé dva druhy existence hmoty: látka a pole.

K prvnímu druhu hmoty - látka - zahrnují například atomy, molekuly a všechna těla z nich postavená.

Druhý typ hmoty se tvoří magnetické, elektrické, gravitační a další pole.

A pokud látka je reflexní tedy v lidských smyslových orgánech pole nevidíme a my to nepociťujeme. To neznamená, že zde není žádné pole. Osoba může detekovat přítomnost polí nepřímo. Skutečnost, že magnetické pole je hmotně snadno ověřitelné, například při pohledu na práci magnetických jeřábů, elektrických strojů. Můžete si vzít dva magnety a pokusit se je spojit se stejnými póly a zajistit, aby to nebylo možné. Mezi póly neuvidíte žádnou látku, ale neviditelné síly zabraňují připojení podobných pólů magnetů stejným způsobem, jakým přitahují podobné póly. Tyto experimenty přesvědčují: pole je hmotné.

Různé druhy hmoty se mohou navzájem transformovat... Například elektron a pozitron, které jsou látkou, lze převést na fotony, tj. do elektromagnetického pole. Možný je také obrácený proces.

Hmota je v nepřetržitém pohybu. Žádný pohyb - na tom nezáleží. Pohyb je inherentní vlastností hmoty , který je nestvořený a nezničitelný, jako hmota sama.

Hmota existuje a pohybuje se v prostoru a čase, což jsou formy bytí hmoty.

1.2.Metody fyzikální výzkum

Cestu vědeckého poznání charakterizoval francouzský materialista-pedagog Denis Diderot ve své práci „Myšlenky vysvětlit přírodu“: "Máme tři hlavní výzkumné nástroje: pozorování Příroda přemýšlel a experiment.

Pozorování shromažďuje fakta ; myslet na ně kombinuje ; zkušenost kontroly výsledek kombinací... Potřeboval pracovitost pro pozorování přírody, hloubka k zamyšlení a přesnost pro zkušenost. “

Fyzikální zákony jsou stanoveny na základě zobecnění experimentálních skutečností a vyjádřit objektivní zákony existující v přírodě. Hlavní metody fyzikálního výzkumu jsou

– zkušenost,

– hypotéza,

– experiment,

– teorie .

Nalezené zákony jsou obvykle formulovány ve formě kvantitativních vztahů mezi různými fyzikálními veličinami.

Zkušenost nebo experiment je hlavní metodou výzkumu ve fyzice. K vysvětlení experimentálních dat se používají hypotézy.

Hypotéza- vědecký předpoklad předložený k vysvětlení skutečnosti nebo jevu. Po kontrole a potvrzení hypotéza se stává vědecká teorie nebo zákon.

Fyzikální zákony – stabilní opakující se objektivní zákony, které existují v přírodě.

Fyzický teorie je systém základních myšlenek, které zobecňují experimentální data a odrážejí objektivní přírodní zákony.

Věda vznikla ve starověku jako pokus o pochopení okolních jevů, vztahu mezi přírodou a člověkem. Nejprve to nebylo rozděleno do samostatných směrů, jak je tomu nyní, ale bylo to spojeno do jedné společné vědy - filozofie. Astronomie se objevila jako samostatná disciplína před fyzikou a spolu s matematikou a mechanikou je jednou z starověké vědy... Později se také přírodní věda stala samostatnou disciplínou. Starověký řecký vědec a filozof Aristoteles nazval jedno ze svých děl fyzikou.

Jedním z hlavních úkolů fyziky je vysvětlit strukturu světa kolem nás a procesy v ní probíhající, pochopit podstatu pozorovaných jevů. Dalším důležitým úkolem je identifikovat a naučit se zákony, které se řídí svět... Lidé znají svět a používají přírodní zákony. Všechny moderní technologie jsou založeny na aplikaci zákonů objevených vědci.

S vynálezem v 80. letech 20. století. parní stroj zahájil průmyslovou revoluci. První parní stroj vynalezl anglický vědec Thomas Newcomen v roce 1712. Parní stroj vhodný pro průmyslové použití byl poprvé vytvořen v roce 1766 ruským vynálezcem Ivanem Polzunovem (1728-1766), jehož design vylepšil Skot James Watt. Dvoutaktní parní stroj, který vytvořil v roce 1782, uvedl do provozu stroje a mechanismy v továrnách.

Síla parních čerpadel, vlaků, parníků, dopřádacích strojů a mnoha dalších strojů. Silným impulsem pro rozvoj technologie bylo vytvoření prvního elektrického motoru anglickým fyzikem „skvělým samoukem“ Michaelem Faradayem v roce 1821. Stvoření v roce 1876. Německý inženýr čtyřtaktního spalovacího motoru Nikolaus Otto otevřel éru automobilového průmyslu, umožnil existenci a široké použití automobilů, dieselových lokomotiv, lodí a dalších technických předmětů.

To, co se dříve považovalo za fikci, se nyní stává reálný život, které si už bez audio a video zařízení, osobního počítače, mobilního telefonu a internetu nedokážeme představit. Jejich vzhled je způsoben objevy učiněnými v různých oblastech fyziky.

Rozvoj technologie však také přispívá k pokroku ve vědě. Vytvoření elektronového mikroskopu umožnilo nahlédnout dovnitř látky. Vývoj přesných měřicích přístrojů umožnil přesněji analyzovat výsledky experimentů. Obrovský průlom v oblasti průzkumu vesmíru byl spojen právě se vznikem nových moderních přístrojů a technických zařízení.

Fyzika jako věda tedy hraje obrovskou roli ve vývoji civilizace. Předala nejzákladnější myšlenky lidí - představy o prostoru, čase, struktuře vesmíru, umožňující lidstvu udělat kvalitativní skok ve svém vývoji. Pokrok ve fyzice umožnil uskutečnit řadu zásadních objevů v jiných přírodních vědách, zejména v biologii. Rozvoj fyziky v největší míře zajistil rychlý pokrok v medicíně.

Naděje vědců v poskytování lidstva nevyčerpatelnými alternativními zdroji energie, jejichž použití vyřeší mnoho vážných environmentálních problémů, souvisí také s úspěchy fyziky. Moderní fyzika je navržena tak, aby poskytovala pochopení nejhlubších základů vesmíru, vzniku a vývoje našeho vesmíru, budoucnosti lidské civilizace.

Historie vývoje biofyziky

Vývoj a formování biofyziky jako hraniční vědy prošlo řadou fází. Již v počátečních fázích byla biofyzika úzce spojena s myšlenkami a metodami fyziky, chemie, fyzikální chemie a matematiky.

Pronikání a aplikace fyzikálních zákonů k popisu různých zákonů živé přírody se setkalo s řadou obtíží.

Předmětem biofyziky je studium fyzikálních a fyzikálně-chemických procesů, které jsou základem života. Z povahy předmětů výzkumu je biofyzika typickou biologickou vědou a metodami studia a analýzy výsledků výzkumu jde o druh oboru fyziky. Biofyzikální metody jsou vytvářeny na základě fyzikálních a fyzikálně-chemických metod studia přírody. Tyto metody musí kombinovat obtížně kompatibilní vlastnosti.
1. Vysoká citlivost.
2. Větší přesnost.
Tyto požadavky nejsou plně splněny žádnými metodami, pro biofyzikální výzkum se však nejčastěji používají následující metody:
- optický;
- rádiová spektroskopie
- ultrazvuková radioskopie;
- elektron-paramagnetická rezonanční spektroskopie (EPR);
- spektroskopie nukleární magnetické rezonance.
Je třeba poznamenat, že jakýkoli výzkum vyžaduje, aby záznamová zařízení nenarušovala studovaný proces, je však obtížné srovnávat jakýkoli fyzický systém se živým organismem, pokud jde o neobvykle vysokou citlivost organismu na jakékoli vlivy na něj. Dopady nejen narušují normální průběh biologických procesů, ale způsobují komplexní adaptivní reakce, různé v různých orgánech a za různých podmínek. Zkreslení významu měření se může ukázat jako tak významné, že je nemožné provést korekce jevů, které nejsou charakteristické pro studovaný objekt. Současně jsou metody korekce používané s úspěchem ve fyzice a technologii v biofyzice často nepoužitelné.

Dokonce i v minulém století byly učiněny pokusy použít metody a teorie fyziky ke studiu a pochopení podstaty biologických jevů. Vědci navíc považovali živé tkáně a buňky za fyzické systémy a nezohlednili skutečnost, že v těchto systémech hraje hlavní roli chemie. Proto byly pokusy vyřešit problémy s hodnocením vlastností biologického objektu z čistě fyzického hlediska naivní.

Hlavní metodou tohoto směru bylo hledání analogií.

Biologické jevy podobné čistě fyzickým jevům byly interpretovány jako fyzické.

Například účinek svalové kontrakce byl vysvětlen analogicky s piezoelektrickým efektem, pouze na základě skutečnosti, že když byl na krystal aplikován potenciál, došlo ke změně délky krystalu, podobně jako ke změně v délce svalu během kontrakce. Růst buněk byl považován za analogický růstu krystalů. Buněčné dělení bylo považováno za jev pouze díky povrchově aktivním vlastnostem vnějších vrstev protoplazmy. Ameboidní pohyb buněk byl přirovnán ke změně povrchové napětí a podle toho to bylo simulováno pohybem kapky rtuti v kyselém roztoku.

Ještě mnohem později, ve dvacátých letech našeho století, byl model nervového vedení zkoumán a podrobně studován analýzou chování takzvaného Lilyina modelu. Tento model sestával ze železného drátu ponořeného do kyselého roztoku a pokrytého oxidovým filmem. Když byl na povrch aplikován škrábanec, oxid byl zničen a poté obnoven, ale zároveň byl zničen v přilehlé oblasti atd. Jinými slovy, bylo dosaženo šíření vlny destrukce a obnovy, velmi podobné šíření vlny elektronegativity vyplývající z podráždění nervu.

Vznik a vývoj kvantové teorie ve fyzice vedl k pokusu vysvětlit vliv radiační energie na biologické objekty z hlediska statistické fyziky. V této době se objevila formální teorie, která vysvětlila radiační poškození v důsledku náhodného zasažení kvantové (nebo jaderné částice) do zvláště zranitelných buněčných struktur. Zároveň byly zcela opomenuty ty specifické fotochemické reakce a následné chemické procesy, které určují vývoj radiačního poškození v čase.

V poslední době byly na základě formální podobnosti pravidelnosti elektrické vodivosti živých tkání a elektrické vodivosti polovodičových vodičů provedeny pokusy aplikovat teorii polovodičů na vysvětlení strukturních rysů celých buněk.

Tento směr, založený na modelech a analogiích, i když může k práci přilákat velmi dokonalý matematický aparát, je nepravděpodobné, že by biologům přiblížil pochopení podstaty biologických procesů. Pokusy použít čistě fyzikální pojmy k pochopení biologických jevů a podstaty živé hmoty přinesly velké množství spekulativních teorií a jasně ukázaly, že přímá cesta fyziky k biologii není produktivní, protože živé organismy jsou nesrovnatelně blíže chemické systémy než fyzické.

Ukázalo se, že zavedení fyziky do chemie bylo mnohem plodnější. Využití fyzikálních konceptů hrálo důležitou roli v porozumění mechanismům chemických procesů. Vznik fyzikální chemie hrál revoluční roli. Na základě úzkého kontaktu mezi fyzikou a chemií vznikla moderní chemická kinetika a polymerní chemie. Některá odvětví fyzikální chemie, ve kterých fyzika získala dominantní význam, se začala nazývat chemická fyzika.

Vývoj biofyziky je spojen se vznikem fyzikální chemie.

Mnoho důležitých konceptů pro biologii k ní přišlo z fyzikální chemie. Stačí připomenout, že aplikace fyzikálně-chemické teorie roztoků elektrolytů na biologické procesy vedla k myšlence důležité role iontů v hlavních životních procesech.

S rozvojem fyzikální a koloidní chemie se rozšiřuje rozsah práce v oblasti biofyziky. Existují pokusy vysvětlit z těchto pozic mechanismy reakce těla na vnější vlivy. Velkou roli ve vývoji biofyziky hrála Loebova škola (J. Loeb 1906). V práci Loeba byly identifikovány fyzikálně-chemické základy fenoménů partenogeneze a oplodnění. Fenomén iontového antagonismu získal zvláštní fyzikálně-chemickou interpretaci.

Později se objevily klasické studie H. Schdeho o úloze iontových a koloidních procesů v patologii zánětu. Tento výzkum končí základní prací “ Fyzikální chemie in Internal Medicine “, která vyšla v Rusku v letech 1911-1912.

První Světová válka pozastavil vývoj biofyziky jako vědy.

Ale již v roce 1922 byl v SSSR otevřen Biofyzikální ústav pod vedením P.P. Lazarev. Zde rozvíjí iontovou teorii excitace, kterou současně rozvíjí Nernst. Bylo zjištěno, že v jevech excitace a vodivosti hrají rozhodující roli ionty.

S.I. Vavilov se zajímá o maximální citlivost oka. V.Yu. Chagovets rozvíjí iontovou teorii původu biopotenciálů, N.K. Koltsov potvrzuje úlohu povrchového napětí, iontů a pH v morfogenezi.

Koltsovova škola hrála významnou roli ve vývoji biofyziky v SSSR. Jeho studenti široce rozvinuli otázky vlivu fyzikálně-chemických faktorů. vnější prostředí na buňkách a jejich strukturách.

O něco později (1934) Rodionov S.R. a Frank G.M. objevil fenomén fotoreaktivace, Zavoisky (1944) metodu elektronové paramagnetické rezonance.

Hlavním výsledkem počátečního období vývoje biofyziky je závěr o základní možnosti využití základních fyzikálních zákonů v oblasti biologie jako základního přírodní věda o zákonech pohybu hmoty.

Experimentální důkazy zákona zachování energie (první zákon termodynamiky) získané během tohoto období mají velký obecný metodologický vědecký význam pro vývoj různých oblastí biologie.

Aplikace konceptů koloidní chemie na analýzu některých biologických procesů ukázala, že koagulace biokoloidů je základem protoplazmy různými faktory. V souvislosti se vznikem teorie polymerů se koloidní chemie protoplazmy vyvinula do biofyziky polymerů, zejména polyelektrolytů.

Vznik chemická kinetika také způsobil vznik podobného trendu v biologii. Dokonce i Arrhenius, jeden ze zakladatelů chemické kinetiky, ukázal, že obecné zákony chemické kinetiky jsou použitelné pro studium kinetických zákonů v živých organismech a pro jednotlivé biochemické reakce.

Pokroky ve využívání fyzikální a koloidní chemie při vysvětlování řady biologických jevů se odrážejí v medicíně.

Byla odhalena role koloidních a iontových jevů v zánětlivém procesu. Fyzikálně-chemická interpretace byla získána vzory buněčné propustnosti a jejích změn v patologických procesech, tj. Fyzikálně-chemické (biofyzikální patologie).

S rozvojem biofyziky do biologie pronikly také přesné experimentální výzkumné metody - spektrální, izotopové a radioskopické.

2. Modely hmotného bodu a absolutně pevný... Parametry pohybu (vektor poloměru, posunutí, rychlost, zrychlení). Princip setrvačnosti a jeho analýza.

Hmotný bod

U mnoha kinematických problémů se ukazuje, že je možné zanedbávat rozměry samotného těla. Zvažte opět auto jedoucí z Minsku do Brestu. Vzdálenost mezi těmito městy je asi 350 kilometrů, velikost automobilu je několik metrů, takže v takové situaci můžete při popisu polohy automobilu ignorovat jeho velikost - pokud je kapota automobilu v Brestu na pravý vchod do požadovaného domu, pak můžeme předpokládat, že jeho kmen je přibližně na stejném místě. V tomto problému tedy můžete mentálně nahradit auto jeho modelem - karoserií, jejíž rozměry jsou zanedbatelné. Takový model těla se ve fyzice velmi často používá a nazývá se věcný bod.

Hmotný bod- toto je ideální model těla, jehož velikost může být za těchto podmínek zanedbána.

Společné mají geometrické a materiální body absence jejich vlastních rozměrů. Hmotný bod může být podle potřeby „obdařen“ vlastnostmi, které mají skutečná tělesa, například hmotu, energii, elektrický náboj atd.

Jedním z kritérií použitelnosti materiálového bodového modelu je maličkost velikosti těla ve srovnání se vzdáleností, kterou se pohybuje. Tato podmínka však není zcela jednoznačná. Takže při popisu pohybu Země kolem Slunce při výpočtu jeho polohy na oběžné dráze lze velikost Země zanedbávat, lze ji považovat za hmotný bod. Pokud však potřebujeme vypočítat časy východu a západu Slunce, model hmotného bodu je zásadně nepoužitelný, protože tento popis vyžaduje zohlednění rotace Země s přihlédnutím k její velikosti a tvaru.

Vezměme si další příklad. Sprinterové soutěží na 100 metrů. Účelem popisu pohybu je zjistit, který z atletů uběhne vzdálenost za kratší dobu (úkol je čistě kinematický). Může být běžec považován za podstatný bod v tomto problému? Jeho rozměry jsou výrazně menší, než je dojezdová vzdálenost, ale jsou dostatečně malé na to, aby byly zanedbány? Odpověď na tyto otázky závisí na požadované přesnosti popisu. Ve vážných soutěžích se tedy čas měří s přesností 0,01 sekundy, během nichž běžec posune vzdálenost asi 10 centimetrů (jednoduchý odhad získaný z průměrná rychlost sprinter 10 m / s). V důsledku toho je chyba, s níž je určena poloha běžce (10 cm), menší než jeho příčné rozměry, takže model hmotného bodu je v tomto případě nepoužitelný. Není náhoda, že mistři sprintu v cílové čáře „odhodili hruď dopředu“ a získali cenné setiny sekundy. Druhým kritériem použitelnosti modelu je tedy požadovaná přesnost popisu fyzikálního jevu.

V některých situacích můžete použít bodový model materiálu, i když jsou rozměry těla srovnatelné a dokonce větší než vzdálenosti, o které je tělo posunuto. To je přípustné, když poloha jednoho bodu těla jednoznačně určuje polohu celého těla. Když tedy posouváte lištu po nakloněné rovině a znáte polohu jejího středu (stejně jako jakýkoli jiný bod), můžete najít polohu celého těla. Pokud se model hmotného bodu ukáže jako nepoužitelný, je nutné použít další složitější modely.

Absolutně tuhý model karoserie

Během translačního pohybu dostávají všechny body těla ve stejném časovém období stejnou velikost a směr pohybu, v důsledku čehož jsou rychlosti a zrychlení všech bodů v každém časovém okamžiku stejné. V souladu s tím během translačního pohybu všechny body těla popisují stejné trajektorie. Proto stačí určit pohyb jednoho z bodů těla (například jeho střed setrvačnosti), aby bylo možné plně charakterizovat pohyb celého těla.

Během rotačního pohybu se všechny body tuhého tělesa pohybují v kruzích, jejichž středy leží na stejné přímce nazývané osa otáčení. Trajektorie a lineární rychlosti různých bodů se liší, ale úhly řízení a úhlové rychlosti jsou stejné. Protože úhlové rychlosti všech bodů tělesa jsou stejné, hovoří se o úhlové rychlosti otáčení tělesa. K popisu rotačního pohybu je nutné v každém časovém okamžiku nastavit polohu v ose rotace a úhlovou rychlost tělesa.

Při popisu rotačního pohybu se předpokládá, že uvažované těleso není deformováno, tj. Vzdálenosti mezi body tělesa se nemění. Takové těleso se v mechanice nazývá absolutně tuhé těleso.

1. Teoretická mechanika

2. Odolnost materiálů

3. Podrobnosti o stroji

Systém sil. Ekvivalentní soustavy sil. Výsledná síla. Hlavní úkoly statiky.

Přímka, podél které se provádí působení síly, se nazývá přímka působení síly. Několik sil působících na tělo tvoří soustavu sil. Ve statice budeme hovořit o několika soustavách sil a definovat jejich ekvivalenty. Ekvivalentní systémy mají na tělo stejný účinek. Všechny síly působící staticky budou rozděleny na vnější a vnitřní.

Axiomy statiky

Axiom 1. Princip setrvačnosti - jakýkoli izolovaný hmotný bod je ve stavu klidu nebo rovnoměrného a přímočarého pohybu, dokud jej na něj nevyvedou vnější síly. Stav klidu nebo rovnoměrný přímočarý pohyb se nazývá rovnováha. Pokud je bod nebo AT pod působením soustavy sil a udržuje rovnováhu, je operační systém sil vyvážený.

Axiom 2. Podmínky pro rovnováhu dvou sil. Dvě síly působící na AT tvoří vyvážený systém, pokud působí podél jedné přímé linie a v opačných směrech a mají stejnou velikost.

Axiom 3. Princip spojování a vylučování vyvážených sil. Pokud soustava sil působí na att, lze k ní přidat vyvážený systém sil nebo z něj odečíst vyvážený systém sil. Výsledný nový systém bude ekvivalentní původnímu.

Důsledek 1. Síla působící na pevné těleso může být přenesena do jakéhokoli bodu na linii působení, zatímco rovnováha není narušena.

Axiom 4. Pravidla rovnoběžníku a trojúhelníku. Dvě síly aplikované na bod mají výslednici aplikovanou ve stejném bodě, která se rovná úhlopříčce rovnoběžníku postavené na těchto silách jako na stranách. Taková operace k nahrazení systému sil výslednou silou se nazývá přidání sil. V některých případech se pravidla používají obráceně, tj. provádí se transformace jednotkové síly systémů konvergujících sil. Výsledek dvou sil působících na bod těla se rovná uzavírací straně trojúhelníku, jehož další dvě strany se rovnají počátečním silám.

Důsledek 2. Věta o rovnováze tří sil. Pokud tři paralelní síly působící na AT tvoří vyvážený systém, pak se linie působících sil protínají v jednom bodě.

Axiom 5. Zákon akce a reakce. Když jsou dvě tělesa v kontaktu, síla působení 1. těla na 2. se rovná síle působení 2. těla na 1., přičemž obě síly působí podél přímky a směřují v opačných směrech.

Systém konvergujících sil. Přidání plochého systému konvergujících sil. Síla mnohoúhelník.

Systém konvergujících sil je systém sil působících na absolutně tuhé těleso, ve kterém se protínají linie působení všech sil v jednom bodě. Plochý systém sbíhajících se sil je kombinace sil působících na tělo, jejichž linie působení se protíná v jednom bodě. Nejjednodušší systém konvergujících sil tvoří dvě síly působící na těleso působící na jeden bod. Pro operaci přidání systému s větším počtem konvergujících sil se používá pravidlo pro konstrukci silového polygonu. V tomto případě se operace přidávání dvou sil provádějí postupně. Závěrečná strana mnohoúhelníku bude ukazovat velikost směru vektoru výsledné síly.

Analytická podmínka pro rovnováhu rovinného systému konvergujících sil.

V místě konstrukce silového polygonu je výsledný systém sbíhajících se sil přesněji a rychleji nalezen výpočtem pomocí analytické metody. Je založen na projekční metodě, kterou je každý systém koordinován, promítán na souřadnicové osy a vypočítává se hodnota projekce. Pokud je znám směr přímky síly vzhledem k ose X, pak se projekce této síly na souřadnou osu OX vezme kosinusovou funkcí a projekce síly na osu Y se vezme s silová funkce. Pokud je podmínka problému směr síly odložen od osy OY, pak musí být konstrukční schéma převedeno výpočtem úhlu mezi silou a osou OX.

Při určování průmětu sil na osy OX a OY existuje znaménkové pravidlo, kterým určíme směr a podle toho znaménko průmětu. Pokud se síla vzhledem k průmětu osy x shoduje ve směru s kladnou složkou sil, potom se projekce síly vezme se znaménkem „+“. Pokud se směr síly shoduje s oblastí záporných hodnot osy, pak je znaménko projekce. Stejné pravidlo platí pro osu OA.

Pokud je síla rovnoběžná s jednou z os, pak se projekce síly na tuto osu rovná velikosti samotné síly;

Projekce stejné síly na druhou osu. V průběhu řešení problémů se stanovením velikosti výsledné síly analyticky se toto pravidlo používá komplexně, například pro daný systém konvergujících sil je sestrojen silový polygon, jehož uzavírací strana je výslednicí Systém. Pojďme tento polygon promítnout na souřadnicovou osu a určíme velikost projekcí každé působící síly. Projekce výsledného systému konvergujících sil na každou ze souřadnicových os se tedy rovná algebraickému součtu projekcí sil složek na stejnou osu. Numerická hodnota výsledné síly je určena výrazem Fe = root Fex2 + Fey2. Problémy stanovení neznámých sil reakcí vazeb, charakteristické pro statiku, jsou řešeny s přihlédnutím k podmínkám. V tomto případě je problém nejčastěji řešen analyticky a ověření správnosti řešení je grafické. Ve výsledku by měl být polygon síly uzavřen.

Podmínka geometrické rovnováhy pro rovinnou soustavu sbíhajících se sil.

Zvažte soustavu sil působících na tělo a určete hodnotu výslednice. V důsledku postupného sčítání byl získán vektor celkové síly, který ukazuje působení systému sil na tělo, konstrukci však lze zjednodušit přeskočením mezilehlých stupňů pro dokončení vektoru výsledné síly v každé fázi. Konstrukci silového polygonu lze provést v libovolném pořadí. V tomto případě se velikost a směr vektoru výsledné síly nezmění. Ve statice je systém sil působících na tělo považován za vyvážený a pokud se po operaci přidání sil získá určitý směr k hodnotě výsledné síly - uzavírací strana polygonu, pak je nutné přidejte do tohoto systému sílu numericky rovnou hodnotě celkového vektoru ležícího s ním na stejné přímce a opačně namířeného. Během konstrukce polygonu vidíme, že soustava sil má výslednici, proto byla pro splnění podmínek statiky přidána síla F5, která vyvažuje vektor výsledných sil. Výsledkem je vyvážení F1 F2 F3 F4 F5. Když je polygon síly uzavřen, je tedy systém sbíhajících se sil v rovině vyvážený.

Složitý pohyb bodu.

Newtonovy zákony jsou formulovány pro pohyb bodu s ohledem na setrvačné referenční snímky. K určení kinematických parametrů bodu při pohybu ve vztahu k libovolně se pohybujícímu referenčnímu rámci je zavedena teorie komplexního pohybu.

Pohyb bodu ve vztahu ke dvěma nebo více referenčním rámcům se nazývá složitý.

Obrázek 3.1

Obrázek 3.1 ukazuje:

Obvykle se bere jako stacionární referenční rámec O1x1y1z1;

Oxyzový referenční rámec se pohybuje relativně v klidu;

Bod M pohybující se ve vztahu k pohybujícímu se referenčnímu rámci.

Axiomy dynamiky.

Princip setrvačnosti, Jakýkoli izolovaný materiálový systém je ve stavu klidu nebo rovnoměrného a přímočarého pohybu, dokud ho aplikované vnější síly nevyvedou z tohoto stavu. Tento stav se nazývá setrvačnost. Mírou setrvačnosti je tělesná hmotnost.

Hmotnost je množství hmoty na jednotku objemu těla.

Newtonův druhý zákon je základním zákonem dynamiky. F = ma, kde F je působící síla, m je hmotnost těla a je zrychlení bodu.

Zrychlení předávané hmotnému bodu nebo soustavě bodů silou úměrnou velikosti síly a shoduje se se směrem síly. Jakýkoli bod na Zemi je ovlivněn gravitací G = mg, kde G je gravitace, která určuje váhu těla.

Newtonův třetí zákon. Síly interakce dvou těles jsou stejné velikosti a jsou směrovány podél jedné přímky v opačných směrech. V dynamice, když dvě těla interagují, je zrychlení nepřímo úměrné hmotnosti.

Zákon o nezávislosti působení síly. Každá síla systému má na hmotný objekt stejný účinek, jako by s tímto zrychlením působila sama, která transformuje těleso ze systému sil rovného geometrickému součtu zrychlení předaných do bodu každou silou zvlášť.

Práce gravitace.

Zvažte pohyb těla po trajektorii různé výšky.

Gravitační práce závisí na změně výšky a je určena W (b) = G (h1-h2).

Při zvedání těla je gravitační práce negativní, protože působením síly se provádí pohybový odpor. Při spouštění těla je gravitační práce pozitivní.

Cíle a cíle sekce "Strojní součásti". Mechanismus a stroj. Podrobnosti a sestavy. Požadavky na stroje, jednotky a jejich části.

Strojní součásti je věda, která studuje metodu výpočtu a návrhu strojních součástí a sestav.

Ve vývoji budeme lhát. Strojírenství rozlišuje 2 trendy:

1. Neustálý růst strojírenství, zvyšování počtu a rozsahu univerzálních dílů a sestav

2. Zvýšení výkonu a výroby strojů, jejich vyrobitelnosti a, účinnosti, hmotnosti a rozměrů zařízení.

Strojové zařízení provedeno. Mehan. Pohyb k přeměně energie materiálů na pohyb za účelem zvýšení produktivity a nahrazení práce.

Rozděleno do 2 skupin:

Automobilové motory (spalovací motor, pravé auto, elektrický motor)

Pracovní stroje (zařízení, dopravníky) a další zařízení, která usnadňují nebo nahrazují fyzickou práci nebo logiku. Lidské aktivity.

Mechanismus je sada vzájemně propojených spojů určených k transformaci pohybu jednoho nebo více prvků stroje.

Elementární část mechanismu, skládající se z několika pevně spojených. Propojení částí. Rozlišujte mezi vstupními a výstupními odkazy a také mezi master a slave.

Všechny stroje a mechanismy jsou vyrobeny z dílů a sestav.

Součástí je výrobek vyrobený z jednoho materiálu bez montážních operací.

Uzel dokončen. Shromáždění. Jednotka skládající se z několika částí se společným funkčním účelem.

Všechny díly a sestavy se dělí na:

1. Prvky obecného účelu

A) sjednocený. Díly a spoje

B) přenos rotace. Momentálně

C) opravené díly a sestavy. Přenos

D) podpůrné části strojů

2. Prvky pro zvláštní účely.

Základní pojmy spolehlivosti a jejich podrobnosti. Výkonnostní kritéria a výpočet strojních součástí. Návrh a ověřovací výpočet.

Spolehlivost je způsobena dodržováním předpisů. Kritéria výkonu je vlastnost jednotlivé součásti nebo celého stroje provádět zadané funkce při zachování provozního výkonu po určitou dobu.

Spolehlivost závisí na zvláštnostech vytvoření a provozu stroje.V důsledku provozu stroje v případě porušení dojde k poruchám způsobujícím ztrátu.

Hlavním ukazatelem spolehlivosti je pravděpodobnost bezporuchového provozu Koeficient spolehlivosti Pt, který ukazuje pravděpodobnost, že v daném časovém intervalu (v hodinách) pro stroj nedojde k poruše. Hodnota pravděpodobnosti bezporuchového provozu podle vzorce Pt = 1-Nt / N, kde Nt je počet strojů nebo dílů, které selhaly na konci životnosti stroje, N je počet strojů a dílů účast na zkoušce. Faktor spolehlivosti celého stroje jako celku se rovná koeficientu Pt = Pt1 * Pt2… Ptn. Spolehlivost je jedním z hlavních indikátorů kvality stroje, který souvisí s výkonem.

Použitelnost - stav objektu, ve kterém je schopen vykonávat zadané funkce při zachování hodnot stanovených parametrů v rámci zavedené technické a regulační dokumentace.

Hlavní kritéria pro výkon Dr. je:

Pevnost, tuhost, odolnost proti opotřebení, tepelná odolnost, odolnost proti vibracím.

Při navrhování dm. výpočet se obvykle provádí podle jednoho nebo dvou kritérií, ostatní kritéria jsou splněna vědomě nebo nemají praktický dotyčná část.

Závitová připojení. Klasifikace nití a základních geometrických nití.Hlavní typy nití, jejich srovnávací charakteristiky a oblast použití.Designové formy a metody zamykání závitových spojení.

Se závitem je připojení komponentů produktu pomocí součásti, která má závit.
Vlákno se získá vyříznutím drážek na povrchu tyče během pohybu ploché postavy - profilu závitu (trojúhelník, lichoběžník atd.)

Výhody závitových připojení
1) univerzálnost,
2) vysoká spolehlivost,
3) malé rozměry a hmotnost závitových spojovacích prvků,
4) schopnost vytvářet a vnímat velké axiální síly,
5) vyrobitelnost a možnost přesné výroby.

Nevýhody závitových připojení
1) významná koncentrace napětí v místech prudké změny průřezu;
2) nízká účinnost pohyblivých závitových připojení.

Klasifikace vláken
1) Tvarem povrchu, na kterém je vytvořena nit (obr. 4.3.1):
- válcový;
- kuželovitý.

2) Podle tvaru profilu závitu:
- trojúhelníkový (obrázek 4.3.2.a),
- lichoběžníkový (obr. 4.3.2.b),
- trvalé (obrázek 4.3.2.c),
- obdélníkový (obrázek 4.3.2.d) a
- kulatý (obr. 4.3.2.d).

3) Ve směru šroubovice:
pravá a levá.
4) Podle počtu návštěv:
single-start, multi-start (vyvolání je od konce určeno počtem sjíždějících otáček).
5) Podle dohody:
- zapínání,
- upevnění a utěsnění,
- vlákna pro přenos pohybu

Princip činnosti a zařízení třecích převodů s neregulovaným (konstantním) převodovým poměrem. Výhody a nevýhody, rozsah. Válcové kolo. Válečkové materiály. Druhy destrukce pracovních ploch válců.

Třecí převodovky se skládají ze dvou válečků (obr. 9.1): hnacího 1 a hnaného 2, které jsou přitlačovány proti sobě silou (na obrázku - pružinou), takže třecí síla v místě dotyku válečků je dostatečné pro přenášenou obvodovou sílu.

Aplikace.

Třecí převodovky s neregulovaným převodovým poměrem se ve strojírenství používají relativně zřídka, například u třecích lisů, kladiv, navijáků, vrtacích zařízení atd.). Jako přenosy energie jsou těžkopádné a nespolehlivé. Tyto přenosy se používají hlavně v zařízeních, kde je vyžadován plynulý a tichý provoz (magnetofony, gramofony, tachometry atd.). Jsou horší než převody v únosnosti.

Obrázek 9.1. Válcové třecí zařízení:

1 - přední kluziště; 2 - poháněný válec

A) Válcový třecí převod se používá k přenosu pohybu mezi hřídeli s rovnoběžnými osami.

B) Převod zkoseného tření se používá pro mechanismy v ose hřídelí, které se protínají.

Válečkové materiály musí mít:

1. Vyšší koeficient tření;

2. Vysoký parametr odolnosti proti opotřebení, pevnosti, tepelné vodivosti.

3. Vysoký modul pružnosti, jehož hodnota určuje nosnost.

Kombinace: ocel na oceli, litina na litině, kompozitní materiály na oceli.

Výhody třecích převodů:

Hladký a tichý provoz;

Jednoduchost konstrukce a provozu;

Možnost plynulého nastavení převodového poměru;

Chraňte mechanismy před poruchami během přetížení v důsledku klouzání hnacího válce na hnaném.

Nevýhody třecích převodů:

Velká zatížení hřídelí a ložisek v důsledku vysoké lisovací síly válečků;

Variabilita převodového poměru v důsledku nevyhnutelného elastického posunutí válečků;

Zvýšené opotřebení válečků.

Třecí převodovka s rovnoběžnými osami hřídele a válcovitými pracovními plochami se nazývá válcová. Jeden průměr hřídele d x namontovaná na stacionárních ložiscích, ložiska jiného hřídele o průměru d 2 - plovoucí. Válečky 1 a 2 upevněn na hřídelích pomocí hmoždinek a přitlačen jeden proti druhému pomocí speciálního zařízení silou Pá r. Válcová třecí ozubená kola s hladkými válečky se používají k přenosu malého výkonu (ve strojírenství do 10 kW); tyto přenosy jsou široce používány v přístrojové technice. Doporučeno pro jednostupňové válcové třecí převodovky.

Obecná informace o řetězových pohonech: princip činnosti, zařízení, výhody a nevýhody, rozsah. Části řetězových pohonů (hnací řetězy, řetězová kola). Základní geometrické poměry v přenosu. Převodový poměr.

Řetězové pohony se používají ve strojích, kde se pohyb mezi hřídeli přenáší na střední hodnotu. Vzdálenosti (až 8 m). Používá se ve strojích, když převodovka není vhodná a řemenový pohon není spolehlivý. Používá se ve strojích s maximálním výkonem a obvodovou rychlostí otáčení až 15 m / s.

Výhody (ve srovnání s opasky):

Kompaktnější

Značný vysoký výkon

Mírné síly působící do záběru, které nezpůsobují namáhání hřídelí.

Nevýhody ozubených kol:

1. Významný hluk během provozu

2. Relativně vysoké opotřebení řetězu

3. Přítomnost napínacího zařízení v konstrukci je povinná

4. Relativně vysoká cena

5. Složitost výroby řetězu

Hlavním převodovým prvkem je hnací řetěz, který se skládá ze sady závěsů., Propojeny články. Konstrukce řetězů je standardní a může být válečková nebo ozubená. Řetězy se mohou skládat z jedné nebo více řad. Musí být silné, opotřebované - rezistentní. Řetězová kola mají podobný vzhled a konstrukci jako jediný rozdíl je v profilu zubu, kde během přenosu klesá řetěz. Převod je nejúčinnější s maximálním počtem zubů, tím menší je řetězové kolo.

Převodový poměr je definován jako u = n1 / n2 = z2 / z1. Tato hodnota je od 1 do 6. Chcete-li tuto hodnotu zvýšit, proveďte řetězový převod v několika řetězcích. Účinnost = 96 ... 98%, a ke ztrátě výkonu dochází, když se tření řetězu kolem hvězdiček a v podpěrách.

Šnekové kolo s Archimédovým červem. Řezání šneků a šnekových kol. Základní geometrické vztahy. Kluzná rychlost šnekového převodu. Převodový poměr. Síly působící v záběru. Druhy ničení zubů šnekových převodů. Šnekové převodové materiály. Tepelný výpočet šnekové převodovky.

Červ Archimedes má v axiálním řezu lichoběžníkový profil závitu. V závěrečné části jsou vlákna ohraničena Archimédovou spirálou. Archimédové červi se nejčastěji používají ve strojírenství, protože technologie jejich výroby je jednoduchá a nejrozvinutější. Archimédští červi obvykle nejsou vyleštěni. Používají se, když požadovaná tvrdost materiálu šneku nepřesahuje 350 HB. Pokud je nutné brousit pracovní povrchy nití, dává se přednost spirálovým a evolventním červům, jejichž broušení je snazší a levnější než červ Archimédův.

Archimédové červi jsou podobní lichoběžníkovým vodícím šroubům. Hlavní způsoby jejich výroby jsou: 1. Řezání řezačkou na šroubovacím soustruhu (viz obrázek 5.4). Tato metoda je přesná, ale neúčinná. 2. Řezání pomocí modulárního nože na frézce závitů. Metoda je produktivnější.

Rýže. 5.7. Schéma řezání šnekových kol:
1 - řezačka; 2 - prázdné kolo
Účinnost šnekové převodovky závisí na tvrdosti a drsnosti povrchu šroubu šnekové nitě, proto jsou šneky po řezání závitu a tepelném zpracování často broušeny a v některých případech vyleštěny. Archimédové červi se také používají bez broušení nitě, protože jejich broušení vyžaduje kruhy tvarovaného profilu, který
komplikuje zpracování a snižuje přesnost výroby. Evolventní šneky lze brousit plochou stranou kola na speciálních šnekových bruskách,
proto budoucnost patří evolventním červům.
Šneková kola jsou nejčastěji řezána šnekovými frézami [obr. 5.7) a varná deska musí představovat kopii červa, se kterým se bude šnekové kolo zabývat. Při řezání se prázdný kotouč a řezačka pohybují stejně, jako šnek a šnekové kolo během provozu.

Základní geometrické parametry

Alfa = 20 0 - úhel profilu

p-rozteč zubů červa a kola, odpovídající roztečné kružnici červa a kola

modul osy m

z 1 - počet návštěv červa

d 1 = q * m-průměr roztečné kružnice

d a 1 = d 1 + 2m - rozsah prostorového zvuku. Výčnělek

d in = d 1 - 2,4 m - průměry kruhu prohlubní

během provozu šnekového kola se otáčky šneku posouvají po zubech šnekového kola.
Rychlost posuvu v ck(Obr. 5. 11) je směrován tangenciálně ke spirálové linii indexovacího válce šneku. Vzhledem k tomu, že jde o relativní rychlost, je rychlost klouzání snadno určena obvodovými rychlostmi šneku a kola. Periferní rychlost šneku (m / s)
obvodová rychlost kola (m / s)

Obrázek 5.11

^ Síly v záběru
U záběhového šnekového převodu, stejně jako u převodových pohonů, není výkon šneku vnímán jedním, ale několika zuby kola.
Pro zjednodušení výpočtu je síla interakce mezi šnekem a kolem F n(obr. 5.12, ale) koncentrovaný a aplikovaný na pól
Cívkačerv
Rýže. 5.12. Schéma sil působících ve šnekovém převodu
angažovanost NS kolmo k pracovní ploše smyčky. Pravidlem rovnoběžnostěnu F n rozloženy ve třech vzájemně kolmých směrech na komponenty F a, F n, F a1. Pro jasnost znázornění sil na obr. 5.12, b je šnekové soukolí vysunuto.
Obvodová síla na šneku F t1 se číselně rovná axiální síle na šnekovém kole F a2.
F n = F a2 = 2T 1 / d 1,(5.25)
kde T 1- točivý moment na šneku.
Obvodová síla na šnekovém kole F t2 se číselně rovná axiální síle na šneku F a1:
F t2 = F a1 = 2T 2 / d 2,(5.27)
kde T 2- točivý moment na šnekovém kole.
Radiální síla na šneku F r1 se číselně rovná radiální síle na kole F r2(obr. 5.12, v):
F r1 = F r2 = F t2 tga.(5.28)
Směr osových sil šneku a šnekového kola závisí na směru otáčení šneku i na směru vedení cívky. Směr síly F t2 vždy se shoduje se směrem rychlosti otáčení kola a silou F n namířeno proti směru otáčení šneku.

Šnekové ozubené kolo pracuje s vysokou produkcí tepla. Při významném uvolňování oleje existuje riziko zablokování ozubeného kola, proto je vypracována rovnice tepelné bilance tak, aby množství tepla vzniklo při maximálním zatížení ozubeného kola.

Kluzná ložiska.

PS jsou vnímané podpěry pro osy a hřídele. Zatížení a rovnoměrné rozložení na těle jednotky Spolehlivost strojů do značné míry závisí na ložiscích. U kluzných ložisek se rozlišují 2 povrchy - na vnějším ložisku, pevně namontovaném v těle a na vnitřním ložisku do styku s rotací. Hřídel nebo náprava jako výsledek mezi ložiskem. A z vnitřního prvku vzniká kluzné tření, které vede k zahřívání a opotřebení v případě nepřetržitého provozu ložiska. Ke zmenšení povrchu hřídele a ložiska se používají maziva.

Důstojnost PS:

Udržuje výkon při velmi vysokých úhlových rychlostech

Konstrukce ložiska tlumí rázy a rázy, vibrace působením olejové vrstvy.

Poskytování. Vysoce přesné vyrovnání hřídele

Schopnost vytvořit dělenou strukturu

Minimální Radiální rozměry

Tichý provoz

Nevýhody PS:

Velké ztráty k překonání třecí síly, zejména při spouštění stroje

Potřeba neustálé údržby ložiska kvůli vysokým požadavkům na mazání.

Použije se PS:

1. Vysokorychlostní stroje.

2. Hřídele složitý tvar

3.Při práci ve strojích s agresivními médii a vodou

4. Pro podřízené mechanismy. S otřesy a hrboly

5. Pro těsně rozmístěné nápravy a hřídele s malými radiálními vůlemi

6. V nízkorychlostních málo kritických mechanismech a strojích.

Podle konstrukce může být pouzdro ložiska:

1. Jednodílné. Neexistuje možnost kompenzovat opotřebení ložiska. Používá se pro ložiska náprav a hřídelů pracujících s malým zatížením.

2. Dělené tělo se skládá ze dvou samostatných spojovacích prvků, které jsou provedeny. Instalací ložiska do pracovního stroje.

Valivá ložiska.

Valivá ložiska jsou hotová jednotka, jejichž hlavním prvkem jsou valivá tělesa - kuličky 3 nebo válečky instalované mezi kroužky 1 a 2 a držené v určité vzdálenosti od sebe klecí zvanou klec 4.

V průběhu provozu se valivé prvky valí podél oběžných drah prstenů, z nichž jeden je ve většině případů nehybný. Rozložení zatížení mezi valivými tělesy ložisek je nerovnoměrné a závisí na radiální vůli v ložisku a na přesnosti geometrický tvar jeho podrobnosti.

V některých případech nejsou kvůli zmenšení radiálních rozměrů ložiska žádné kroužky a valivá tělesa se valí přímo na čep nebo pouzdro.

Valivá ložiska jsou široce používána ve všech odvětvích strojírenství. Jsou standardizovány a hromadně vyráběny v řadě velkých specializovaných továren.

Výhody a nevýhody valivých ložisek

Výhody valivých ložisek:
Relativně nízké náklady díky hromadné výrobě ložisek.
Nízké ztráty třením a nevýznamné zahřívání (ztráty třením během spouštění a ustáleného provozu jsou prakticky stejné).
Vysoký stupeň zaměnitelnost, která usnadňuje instalaci a opravy strojů.
Nízká spotřeba maziva.
Nevyžadují zvláštní pozornost a péči.
Malé axiální rozměry.
Nevýhody valivých ložisek:
Vysoká citlivost na otřesy a vibrace díky vysoké tuhosti nosné konstrukce.
Nespolehlivý u vysokorychlostních pohonů kvůli nadměrnému zahřívání a riziku zničení separátoru působením odstředivých sil.
Relativně velké radiální rozměry.
Hluk při vysokých rychlostech.

Podle tvaru valivých prvků se valivá ložiska dělí na:
koule (a);
váleček.
Válečková ložiska mohou být s:
válcové válce (b);
zúžené válečky (c);
válcovité válce (g);
jehlové válečky (d);
zkroucené válečky (e).

Ve směru vnímaného zatížení se valivá ložiska dělí na:
radiální;
radiální tah;
perzistentní radiální;
vytrvalý.
Podle počtu řad valivých prvků se valivá ložiska dělí na:
jeden řádek;
víceřadý.
Podle své schopnosti samočinného vyrovnání se valivá ložiska dělí na:
samovyrovnávací;
nevyrovnávání.
Pokud jde o rozměry, valivá ložiska jsou rozdělena do sérií.

Série valivých ložisek a jejich označení

Pro každý typ ložiska se stejným vnitřním průměrem existují různé řady s různými velikostmi kroužků a valivých prvků.
V závislosti na velikosti vnějšího průměru jsou ložiska:
ultralehký;
extra světlo (1);
plíce (2);
střední (3);
těžký (4).
V závislosti na šířce ložiska se série dělí na:
obzvláště úzký;
úzký;
normální;
široký;
obzvláště široký.
Valivá ložiska jsou označena nanesením řady čísel a písmen na čelní stranu kroužků, běžně označujících vnitřní průměr, řadu, typ, designové varianty, třídu přesnosti atd.
První dvě číslice vpravo označují její vnitřní průměr d. U ložisek s d = 20 ... 495 mm se velikost vnitřního průměru určuje vynásobením uvedených dvou čísel číslem 5. Třetí číslo vpravo označuje řadu průměrů od extra lehké řady (1) po těžkou série (4). Čtvrtá číslice zprava označuje typ ložiska:

Technická mechanika jako věda se skládá ze 3 částí:

1. Teoretická mechanika

2. Odolnost materiálů

3. Podrobnosti o stroji

Teoretická mechanika se dále skládá ze 3 podsekcí:

1. Statika (studuje síly působící na tělesa)

2. Kinematika (studuje pohybové rovnice těles)

3. Dynamika (studuje pohyb těles pod vlivem sil)

Hmotný bod. Naprosto solidní. Napájení; jednotky síly.

Materiál je geometrický bod s hmotou.

Absolutně pevné tělo je hmotný objekt, jehož vzdálenost mezi dvěma body na povrchu zůstává vždy konstantní. Tento celek je také naprosto rigidní. Jakýkoli bankomat lze považovat za systém věcných bodů. Mírou mechanického nárazu jednoho hmotného objektu na druhý je síla. (N)

Síla je vektorová veličina, která je charakterizována směrem, bodem aplikace, číselnou hodnotou nebo modulem síly.

Mechanika

Předmět fyziky- věda, která studuje obecné a nejjednodušší vlastnosti a zákonitosti pohybu hmoty a pole.

Fyzický model- nazval svůj matematický model složený z ideálních fyzických objektů.

Fyzický model- abstraktní pojem, který se používá k popisu pohybu těles v závislosti na podmínkách konkrétních problémů.

Stopa leží v srdci klasické mechaniky. představy o prostoru a čase. Fyzický prostor je považován za trojrozměrný prostor Euklida a čas je považován za nezávislý na hmotných tělech a stejný všude.

Klasická mechanika- studuje pohyb makroskopických těles s malými rychlostmi ve srovnání s rychlostí světla na základě Newtonových zákonů.

Kinematika- věda, která studuje stav pohybu bez ohledu na síly, které jej způsobují.

Kinematika(Řecky κινειν - pohybovat se) ve fyzice - část mechaniky, která studuje matematický popis (pomocí geometrie, algebry, matematické analýzy ...) pohyb idealizovaných těles (hmotný bod, absolutně tuhé těleso, ideální tekutina), bez zvážení příčin pohybu (hmota, síly atd.). Počáteční koncepty kinematiky jsou prostor a čas. Například pokud se těleso pohybuje v kruhu, pak kinematika předpovídá potřebu existence dostředivého zrychlení, aniž by specifikovala povahu síly, která jej generuje. Příčinami mechanického pohybu se zabývá další obor mechaniky - dynamika.

Hlavní úkol mechaniky- kdykoli určit polohu těla.

Mechanický pohyb Je změna polohy tělesa v prostoru v průběhu času ve srovnání s jinými tělesy.

Referenční rámec- soubor těles nehybných vůči sobě navzájem, ve vztahu k nimž se uvažuje pohyb a odpočítávání hodin.

Metody pro určení hmotných bodů- je nutné označit polohy a rychlosti všech těles tvořících systém.

Naprosto solidní- druhý referenční objekt mechaniky spolu s materiálovým bodem.

Mnoho skutečných těl je pevných, to znamená, že si po dlouhou dobu zachovávají svou velikost a tvar, přesněji řečeno, změny ve velikosti a tvaru jsou tak nevýznamné, že je lze zanedbávat. Model takových těl je absolutně

pevný.

Naprosto solidní- jedná se o ideální model těla, jehož změnu velikosti a tvaru lze za těchto podmínek zanedbávat.

Z této definice vyplývá, že vzdálenost mezi libovolnými dvěma body absolutně tuhého tělesa zůstává nezměněna. Absolutně tuhé tělo lze také považovat za soubor hmotných bodů, které jsou navzájem pevně spojeny. Tak

polohu oceánské lodi na otevřeném moři lze popsat pomocí modelu hmotného bodu a jeho prostorovou orientaci (průběh, sklon) pomocí modelu absolutně tuhého tělesa. Použitelnost modelu absolutně tuhého těla je dána pouze konkrétním studovaným problémem - účelem modelování a požadovanou přesností.

Poloha absolutně tuhého tělesa je tedy zcela určena například polohou kartézského souřadnicového systému, který je k němu pevně připojen (obvykle se jeho počátek shoduje s těžištěm tuhého tělesa).

V trojrozměrný prostor a při absenci (jiných) spojení má absolutně tuhé tělo 6 stupňů volnosti: tři translační a tři rotační. Výjimkou je rozsivková molekula nebo v jazyce klasické mechaniky pevná tyč nulové tloušťky. Takový systém má pouze dva rotační stupně volnosti.

Referenční rámec je sada referenčního tělesa, přidruženého souřadného systému a časového referenčního systému, ve vztahu k nimž se uvažuje pohyb (nebo vyvážení) jakýchkoli hmotných bodů nebo těles.

Matematicky je pohyb tělesa (nebo hmotného bodu) ve vztahu k vybranému referenčnímu rámci popsán rovnicemi, které určují, jak se v průběhu času mění t souřadnice, které určují polohu těla (bodu) v tomto referenčním rámci. Tyto rovnice se nazývají pohybové rovnice. Například v kartézských souřadnicích x, y, z je pohyb bodu určen rovnicemi.

V moderní fyzika jakýkoli pohyb je relativní a pohyb těla by měl být zvažován pouze ve vztahu k nějakému jinému tělu (referenčnímu tělu) nebo systému těl. Nelze například naznačit, jak se Měsíc pohybuje obecně, můžete určit pouze jeho pohyb, například ve vztahu k Zemi, Slunci, hvězdám atd.

Hmotný bod (částice) je tělo, jehož rozměry lze za podmínek tohoto problému zanedbávat.

Naprosto solidní

Naprosto solidní- druhý referenční objekt mechaniky spolu s materiálovým bodem. Mechanika absolutně tuhého těla je zcela redukovatelná na mechaniku hmotných bodů (se superponovanými omezeními), ale má svůj vlastní obsah (užitečné koncepty a vztahy, které lze formulovat v rámci modelu absolutně tuhého těla), což je velký teoretický i praktický zájem.

Existuje několik definic:

1. Absolutně tuhé těleso je modelovou koncepcí klasické mechaniky, která označuje množinu hmotných bodů, jejichž vzdálenosti jsou zachovány v procesu jakýchkoli pohybů prováděných tímto tělesem. Jinými slovy, absolutně tuhé tělo nejenže nemění svůj tvar, ale také udržuje distribuci hmoty uvnitř beze změny.
2. Absolutně tuhé tělo je mechanický systém s pouze translačními a rotačními stupni volnosti. „Tvrdost“ znamená, že tělo nelze deformovat, to znamená, že do těla nelze přenést žádnou jinou energii kromě kinetické energie translačního nebo rotačního pohybu.
3. Absolutně tuhé těleso je těleso (systém), jehož relativní poloha všech bodů se nemění, ať už se účastní jakýchkoli procesů.

• Poloha absolutně tuhého tělesa je tedy zcela určena například polohou kartézského souřadnicového systému, který je k němu pevně připojen (obvykle se jeho počátek shoduje s těžištěm tuhého tělesa).

V trojrozměrném prostoru a při absenci (jiných) spojení má absolutně tuhé těleso 6 stupňů volnosti: tři translační a tři rotační. Výjimkou je rozsivková molekula nebo v jazyce klasické mechaniky pevná tyč nulové tloušťky. Takový systém má pouze dva rotační stupně volnosti.

Absolutně tuhá tělesa v přírodě neexistují, nicméně ve velmi mnoha případech, kdy je deformace tělesa malá a lze ji zanedbávat, lze skutečné těleso (přibližně) považovat za absolutně tuhé těleso, aniž by byl dotčen problém.

V rámci relativistické mechaniky je koncept absolutně tuhého těla vnitřně rozporuplný, což ukazuje zejména Ehrenfestův paradox. Jinými slovy, model absolutně tuhého tělesa je obecně řečeno zcela nepoužitelný v případě rychlých pohybů (srovnatelných v rychlosti s rychlostí světla), stejně jako v případě velmi silných gravitačních polí.

Dynamika naprosto tuhého těla

Dynamika absolutně tuhého tělesa je zcela určena jeho celkovou hmotností, polohou těžiště a tenzorem setrvačnosti (stejně jako dynamika hmotného bodu - jeho hmotou). (Samozřejmě to znamená, že jsou uvedeny všechny vnější síly a vnější spojení, které samozřejmě mohou záviset na tvaru těla nebo jeho částech atd.).

Jinými slovy, dynamika absolutně tuhého tělesa s konstantními vnějšími silami závisí na rozložení jeho hmot pouze v celkové hmotnosti, těžišti a tenzoru setrvačnosti; jinak podrobnosti rozložení hmot v absolutně tuhé tělo nijak neovlivní jeho pohyb; pokud nějakým způsobem přerozdělíme hmoty uvnitř absolutně tuhého tělesa tak, aby se těžiště a tenzor setrvačnosti nezměnily, pohyb tuhého tělesa v daných vnějších silách se nezmění (i když současně smět změnit a obvykle změnit vnitřní napětí v nejtvrdším těle!).

Soukromé definice

Volá se absolutně tuhé tělo v rovině plochý rotátor... Má 3 stupně volnosti: dva translační a jeden rotační.

Volá se absolutně tuhé těleso s jedním pevným bodem, neschopné otáčení a umístěné v gravitačním poli fyzické kyvadlo.

Volá se absolutně tuhé tělo s jedním pevným bodem, ale schopné otáčení Káča.

Poznámky

Literatura

• Suslov G. K. „Teoretická mechanika“. M., „Gostekhizdat“ 1946
• Appel P. „Theoretical Mechanics“ sv. 1.2. M. „Fizmatgiz“ 1960
• Chetaev N. G. „Teoretická mechanika“. M. „Science“ 1987
• A. Markeev "Teoretická mechanika". M. „Science“ 1999
• Golubev Yu. F. „Základy teoretické mechaniky“. M., nakladatelství v Moskvě. University, 2000
• Zhuravlev V. F. „Základy teoretické mechaniky“. M., „Science“ 2001

Odkaz

Wikimedia Foundation. 2010.

Podívejte se, co je „Absolutně solidní“ v jiných slovnících:

naprosto solidní

naprosto solidní- absoliučiai standus kūnas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dokonale tuhé tělo vok. absolutní hvězda Körper, m rus. absolutně tuhé tělo, n pranc. corfa parfaitement rigide, m; solide parfait, m ... Fizikos terminų žodynas

Model tuhého tělesa, které je při jakémkoli nárazu považováno za nedeformovatelné (bulharsky; Български), naprosto pevně vytažené (česky; anglicky) dokonale tuhé těleso ( Němec; Deutsch) nicht verformbarer Körper; absolutní hvězda ... ... Stavební slovník

pevný- absolutně pevné tělo; pevné těleso Hmotné těleso, ve kterém vzdálenost mezi dvěma body vždy zůstane nezměněna ... Polytechnický terminologický vysvětlující slovník

Model uspořádání atomů v krystalu pevné látky Pevná látka je jednou ze čtyř agregované stavy látka, která se liší od ostatních stavů agregace (kapalina, plyny ... Wikipedia

Absolutně tuhé tělo v mechanice je mechanický systém s pouze translačními a rotačními stupni volnosti. „Tvrdost“ znamená, že tělo nelze deformovat, to znamená, že do těla nemůže být přenesena žádná jiná energie kromě ... ... Wikipedia

Absolutní (lat. Absolutus úplný, neomezený, bezpodmínečný, dokonalý) absolutní znamená to, co je považováno samo za sebe, bez vztahu k něčemu jinému, je proti relativnímu. Hodnoty ve filozofii: Absolutní ... ... Wikipedia

Tělo nebo fyzikální tělo ve fyzice je hmotný objekt, který má hmotu a je oddělen od ostatních těles oddělující hranicí. Tělo je formou existence hmoty. Viz také Absolutně pevné tělo Absolutně černé tělo Deformovatelné tělo Materiál ... ... Wikipedia

- (z řeckého. statike, doktrína hmotnosti, rovnováhy), část mechaniky věnovaná studiu podmínek rovnováhy hmotných těles působením sil. S. se dělí na geometrické a analytické. V srdci analytické. S. stanoví možný princip posunutí ... Fyzická encyklopedie

- (z řeckého. statike, doktrína hmotnosti, rovnováhy) část mechaniky věnovaná studiu podmínek rovnováhy hmotných těles působením sil. S. se dělí na geometrické a analytické. Analytical S. je založen na možných ... ... Velká sovětská encyklopedie

Nejjednodušší způsob, jak popsat pohyb těla, jehož relativní poloha se nemění. Takové tělo se nazývá absolutně pevné.
Při studiu kinematiky jsme říkali, že popsat pohyb těla znamená popsat pohyb všech jeho bodů. Jinými slovy, člověk musí být schopen najít souřadnice, rychlost, zrychlení, trajektorie všech bodů těla. Obecně je to obtížný úkol a nebudeme se ho snažit vyřešit. Je obzvláště obtížné, když jsou těla během pohybu znatelně deformována.
Tělo lze považovat za absolutně pevné, pokud se vzdálenosti mezi libovolnými dvěma body těla nezmění. Jinými slovy,
tvar a rozměry absolutně tuhého těla se nemění, když na něj působí nějaké síly.
Ve skutečnosti neexistují žádná taková těla. Toto je fyzický model. V případech, kdy jsou deformace malé, lze skutečná tělesa považovat za absolutně tuhá. Pohyb tuhého těla je však obecně obtížný. Zaměříme se na dva nejjednodušší typy pohybu tuhého tělesa: translační a rotační.
Překladový pohyb
Tuhé tělo se pohybuje translačně, pokud se jakýkoli segment přímky pevně spojené s tělem neustále pohybuje paralelně k sobě.
Během translačního pohybu všechny body těla provádějí stejné pohyby, popisují stejné trajektorie, procházejí stejnými cestami, mají stejnou rychlost a zrychlení. Ukažme to.
Nechte tělo jít vpřed. Spojme dva libovolné body A a B těla přímým segmentem (obr. 7.1). Segment AB musí zůstat paralelní sám se sebou. Vzdálenost AB se nemění, protože tělo je naprosto tuhé.
V procesu translačního pohybu se vektor AB nemění, to znamená, že jeho modul a směr zůstávají konstantní. Výsledkem je, že trajektorie bodů A a B jsou identické ^, protože je lze zcela vyrovnat paralelním přenosem do AB.
Je snadno vidět, že pohyby bodů A a B jsou stejné a jsou prováděny ve stejnou dobu. Proto mají body A a B stejnou rychlost. Jejich zrychlení je stejné.
Je zcela zřejmé, že k popisu translačního pohybu tělesa stačí popsat pohyb kteréhokoli z jeho bodů, protože všechny body se pohybují stejným způsobem. Pouze v tomto pohybu lze hovořit o rychlosti těla a jeho zrychlení. Při jakémkoli jiném pohybu těla mají jeho body různé rychlosti a zrychlení a výrazy „rychlost těla“ nebo „zrychlení těla“ ztrácejí význam.

Zásuvka stolu, písty motoru automobilu vzhledem k válcům, vozíky na přímém úseku se pohybují přibližně translačně železnice, řezačka soustruhu vzhledem k loži (obr. 7.2) atd. Pohyby, které mají poměrně složitý tvar, lze také považovat za translační, například pohyb pedálu jízdního kola nebo kabiny ruského kola (obr. 7.3) v parcích .
Rotační pohyb
Rotační pohyb kolem pevné osy je dalším typem pohybu tuhého těla.

šššš "obr. 7.3
Rotace tuhého tělesa kolem pevné osy je pohyb, při kterém všechny body těla popisují kružnice, jejichž středy jsou na jedné přímce kolmé k rovinám těchto kružnic. Tato přímka sama o sobě je osou otáčení (MN na obrázku 7.4).

V technologii je tento typ pohybu extrémně běžný: otáčení hřídelí motorů a generátorů, kola moderních vysokorychlostních elektrických vlaků a vesnických vozů, turbíny a vrtule letadel atd. Země se otáčí kolem své osy.
Po dlouhou dobu se věřilo, že v živých organismech neexistují žádná zařízení, jako je rotující kolo: „příroda kolo nevytvořila“. Ale výzkum v posledních letech prokázali, že tomu tak není. Mnoho bakterií, jako je E. coli, má „motor“, který rotuje bičíky. S pomocí těchto bičíků se bakterie pohybuje v prostředí (obr. 7.5, a). Základna bičíku je připevněna ke kolu (rotoru) ve formě prstence (obr. 7.5, b). Rovina rotoru je rovnoběžná s dalším prstencem ukotveným v buněčné membráně. Rotor se otáčí až osmi otáčkami za sekundu. Mechanismus, který pohání rotor do rotace, zůstává do značné míry nejasný.
Kinematický popis
rotační pohyb tuhého tělesa
Když se těleso otáčí, poloměr rA kružnice popsané bodem A tohoto tělesa (viz obr. 7.4) se bude otáčet během časového intervalu At o nějaký úhel cp. Je to snadno vidět kvůli neměnnosti vzájemné uspořádání body tělesa pod stejným úhlem φ se budou otáčet ve stejnou dobu a poloměry kružnic popsané jakýmikoli jinými body tělesa (viz obr. 7.4). V důsledku toho lze tento úhel φ považovat za veličinu charakterizující pohyb nejen jediného bodu těla, ale také rotační pohyb celého těla jako celku. Proto k popisu rotace tuhého tělesa kolem pevné osy stačí pouze jedna veličina - proměnná φ (0.
Tato jediná hodnota (souřadnice) může sloužit jako úhel φ, o který se těleso otáčí kolem osy vzhledem k některé ze svých poloh, považováno za nulu. Tato poloha je nastavena osou 0, X na obrázku 7.4 (segmenty 02B, OaC jsou rovnoběžné s OX).
V § 1.28 byl uvažován pohyb bodu po kružnici. Byly představeny koncepty úhlové rychlosti CO a úhlového zrychlení p. Protože během otáčení tuhého tělesa se všechny jeho body otáčejí ve stejných úhlech ve stejných časových intervalech, pak jsou pro popis otáčení tuhého tělesa použitelné všechny vzorce popisující pohyb bodu po kružnici. Definice úhlové rychlosti (1.28.2) a úhlového zrychlení (1.28.6) lze označit jako rotaci tuhého tělesa. Stejným způsobem platí vzorce (1.28.7) a (1.28.8) pro popis pohybu tuhého tělesa s konstantním úhlovým zrychlením.
Vztah mezi lineární a úhlovou rychlostí (viz § 1.28) pro každý bod tuhého tělesa je dán vzorcem
a = (7.1.1)
kde R je vzdálenost bodu od osy otáčení, tj. poloměr kružnice popsaný bodem rotujícího tělesa. Lineární rychlost je směrována tangenciálně k této kružnici. Různé body tuhého tělesa mají různé lineární rychlosti při stejné úhlové rychlosti.
Různé body tuhého tělesa mají normální a tangenciální zrychlení určené vzorci (1.28.10) a (1.28.11):
an = co2D, am = RD. (7.1.2)
Rovinně-paralelní pohyb
Rovinně rovnoběžný (nebo jednoduše plochý) pohyb tuhého těla je pohyb, při kterém se každý bod těla pohybuje po celou dobu v jedné rovině. Navíc jsou všechny roviny, ve kterých se body pohybují, navzájem rovnoběžné. Typickým příkladem rovnoběžného pohybu je válcování válce v rovině. Pohyb kola podél přímé kolejnice je také rovinně rovnoběžný.

Připomeňme si (již po jedenácté!), Že o povaze pohybu těla lze hovořit pouze ve vztahu k určitému referenčnímu rámci. Takže ve výše uvedených příkladech je v referenčním rámci spojeném s kolejnicí (zemí) pohyb válce nebo kola rovnoběžný a v referenčním rámci spojeném s osou kola (nebo válce), je to rotační. V důsledku toho se rychlost každého bodu kola v referenčním rámci připojeném k zemi (absolutní rychlost), podle zákona sčítání rychlostí, rovná vektorovému součtu lineární rychlosti rotačního pohybu (relativní rychlost) a rychlost translačního pohybu osy (přenosná rychlost) (obr. 7.6):
Okamžitý střed otáčení
Nechte tenký kotouč najet na rovinu (obrázek 7.7). Na kruh lze nahlížet jako na pravidelný mnohoúhelník s libovolně velkým počtem stran. Proto může být kruh zobrazený na obrázku 7.7 mentálně nahrazen mnohoúhelníkem (obrázek 7.8). Pohyb druhého se ale skládá z řady malých rotací: nejprve kolem bodu C, poté kolem bodů Cj, C2 atd. Pohyb disku lze proto také považovat za posloupnost velmi malých (nekonečně malých) rotací kolem body C, Cx, C2 atd. atd. V každém časovém okamžiku se tedy disk otáčí kolem svého nejnižšího bodu C. Tento bod se nazývá okamžitý střed otáčení disku. V případě, že se disk pohybuje v rovině, lze hovořit o okamžité ose otáčení. Tato osa je přímka kontaktu disku s rovinou v tento momentčas. Rýže. 7.7
Rýže. 7.8
Zavedení konceptu okamžitého středu (okamžité osy) otáčení zjednodušuje řešení řady problémů. Například když víte, že střed disku má rychlost, můžete zjistit rychlost bodu A (viz obr. 7.7). Jelikož se disk otáčí kolem okamžitého středu C, poloměr otáčení bodu A se rovná AC a poloměr otáčení bodu O se rovná OS. Ale protože AC = 2OC, tak? "Ó
vA = 2v0 = 2v. Podobně můžete najít rychlost libovolného bodu na tomto disku.
Seznámili jsme se s nejjednoduššími typy pohybu tuhého tělesa: translační, rotační, rovinně rovnoběžné. V budoucnu se budeme muset vypořádat s dynamikou tuhé karoserie.

Více k tématu § 7.1. ABSOLUTNĚ PEVNÉ TĚLO A DRUHY JEHO POHYBU:

1. 56. Částice kapalných těles mají pohyby směrované všemi směry; sebemenší síla je dostatečná k uvedení do pohybu tuhých těles obklopených jimi