Ishqalanish kuchini qanday o'lchash mumkin
Ishqalanish kundalik hayotda duch keladigan eng keng tarqalgan kuchlardan biridir, poyabzallarning yo'l yuzasiga yopishib olishi, avtomobil shinalarining sirpanishning oldini olishi va qalam izlarini o'chirg'ich bilan o'chirish jarayonigacha. Ishqalanish oddiy ko'rinishga ega bo'lsa-da, u harakat samaradorligi, xavfsizligi va turli xil asboblarning ishlashiga ta'sir qilgani uchun fan va muhandislikda muhim rol o'ynaydi. Shuning uchun, ishqalanishni qanday o'lchashni tushunish fizikada, ayniqsa dinamikada asosiy ko'nikma hisoblanadi.
1. Ishqalanish kuchining asosiy tushunchasini tushunish
Umuman olganda, ishqalanish - bu ikki sirt bir-biriga tegib, bir-biriga nisbatan harakatlanganda (yoki harakatlanishga moyil bo'lganda) yuzaga keladigan kuch. Ishqalanish kuchining yo'nalishi har doim jismning harakat yo'nalishiga yoki harakatlanish moyilligiga qarama-qarshi bo'ladi.
Ishqalanish kuchlarining ikkita asosiy turi mavjud:
1. Statik ishqalanish kuchi (fs): jism hali harakatlanmagan, lekin kuch uni harakatlantirishga harakat qilganda yuzaga keladi. Uning kattaligi maksimal qiymatga yetguncha o'zgaradi.
2. Kinetik ishqalanish kuchi (fk): jism allaqachon harakatlanayotganda yuzaga keladi. Uning qiymati statik ishqalanishga qaraganda nisbatan o'zgarmasdir.
Tez-tez ishlatiladigan keng tarqalgan formulalar:
– Maksimal statik ishqalanish kuchi:
\[
f_{s \,max} = \mu_s \, N
\]
– Kinetik ishqalanish kuchi:
\[
f_k = \mu_k \, N
\]
Ma `lumot:
– \( \mu_s \) = statik ishqalanish koeffitsienti
– \( \mu_k \) = kinetik ishqalanish koeffitsienti
– \( N \) = normal kuch (obyektga sirt bosimi kuchi)
Ishqalanish kuchini o'lchash deganda, biz eksperimental ravishda ta'sir qiluvchi kuchning qiymatini, odatda kuch o'lchash asbobi yoki harakat tahlili yordamida aniqlashimiz tushuniladi.
2. Ishqalanish kuchini o'lchash uchun asboblar va materiallar
Maktabda yoki uyda oddiy tajribalar uchun kerakli vositalarni topish nisbatan oson:
– Dinamometr (prujina balansi): Nyutonlarda (N) kuchni o'lchash vositasi
– Sinovdan o'tkaziladigan narsalar: masalan, yog'och bloklar, o'chirg'ichlar, kichik qutilar
– Sinov yuzalari: yog'och stollar, shisha, keramik pollar, zımpara qog'ozi, qog'oz
– Arqon yoki ilgak: narsalarni tortish uchun
– Massa shkalasi (ixtiyoriy): ob'ektning massasini aniqlash uchun
– Transportyor va qiyalik tekislik (agar qiyalik tekislik usulidan foydalanilsa)
Ushbu oddiy vosita yordamida biz maksimal statik ishqalanish kuchini, shuningdek, kinetik ishqalanish kuchini o'lchashimiz mumkin.
3. 1-usul: Dinamometr yordamida ishqalanish kuchini o'lchash (gorizontal tortish usuli)
Eng to'g'ridan-to'g'ri usul - bu dinamometr yordamida ob'ektni tekis yuzaga tortish.
A. Maksimal statik ishqalanish kuchini o'lchash
Langkah-langkah:
1. Biror narsani (masalan, yog'och blokni) tekis yuzaga qo'ying.
2. Ipni buyumga o'rab, uni dinamometrga ulang.
3. Sekin torting va tortish kuchini asta-sekin oshiring.
4. Dinamometrdagi ko'rsatkichni kuzating. Jism harakatlanmaguncha, statik ishqalanish kuchi cho'zilish kuchiga teng bo'ladi.
5. Jism endigina harakatlana boshlagandagi kuch qiymatini yozib oling. Bu qiymat maksimal statik ishqalanish kuchidir (\( f_{s \,max} \)).
Muhim eslatma: juda tez chekinish o'qishning keskin oshishiga va aniqligining pasayishiga olib kelishi mumkin. Chekinish barqaror bo'lishi kerak.
B. Kinetik ishqalanish kuchini o'lchash
Langkah-langkah:
1. Ob'ekt harakatlanayotgandan so'ng, tortish kuchini saqlab qoling, shunda ob'ekt doimiy tezlikda harakatlanadi.
2. Agar tezlik doimiy bo'lsa, unda hosil bo'lgan kuch nolga yaqinlashadi, ya'ni tortish kuchi kinetik ishqalanish kuchi bilan bir xil bo'ladi.
3. Doimiy harakat paytida dinamometrda barqaror o'qiladigan songa e'tibor bering. Bu \( f_k \).
Odatda, \(f_k \) \(f_{s \,max} \) dan kichikroq. Shuning uchun obyektlar uchun "harakatni davom ettirish"dan ko'ra "harakatni boshlash" qiyinroq.
4. O'lchovlardan ishqalanish koeffitsientini hisoblash
Agar normal kuch \(N \) ma'lum bo'lsa, ishqalanish koeffitsientini hisoblashimiz mumkin.
Yassi yuzada:
\[
N = mg
\]
bilan:
– \( m \) = obyekt massasi (kg)
– \( g \) = tortishish kuchi tufayli tezlanish (taxminiy hisoblash uchun ≈ 9,8 m/s² yoki 10 m/s²)
Agar biz \(f_{s \,max} \) ni olgan bo'lsak, unda:
\[
\mu_s = \frac{f_{s \max}}{N}
\]
Agar \(f_k \) olingan bo'lsa, unda:
\[
\mu_k = \frac{f_k}{N}
\]
Qisqacha misol
Masalan, stol ustiga 2 kg massali blok tortiladi.
Harakatlanishni boshlaganda kuch 6 N ni, doimiy harakatlanayotganda esa 4 N ni ko'rsatadi.
Shunday qilib:
– \( N = mg = 2 \ marta 10 = 20 \) N
– \( \mu_s = 6/20 = 0,3 \)
– \( \mu_k = 4/20 = 0,2 \)
Bu natija mantiqan to'g'ri keladi, chunki kinetik ishqalanish koeffitsienti odatda kichikroq bo'ladi.
5. 2-usul: Eğimli tekislik bilan ishqalanish kuchini o'lchash
Eğimli tekislik usuli ko'pincha dinamometr bo'lmaganda yoki muqobil usul sifatida qo'llaniladi.
Printsip
Biz taxtaning qiyalik burchagini obyekt sirg'ana boshlaguncha oshiramiz. Bu nuqtada, tekislikka parallel og'irlik kuchining komponenti maksimal statik ishqalanish kuchiga teng bo'ladi.
Agar kritik burchak \( \theta \) bo'lsa, unda:
\[
\mu_s = \tan(\theta)
\]
Bu ob'ekt qo'shimcha kuchsiz qiyalik tekislikda harakatlana boshlagan holatga tegishli.
Langkah-langkah:
1. Obyektni doskaga qo'ying.
2. Burchak asta-sekin oshib borishi uchun taxtani sekin ko'taring.
3. Ob'ektning harakatlana boshlagan burchagiga e'tibor bering.
4. Burchakni transportir yoki burchak o'lchash vositasi bilan o'lchang.
5. \( \mu_s \) ni \( \tan(\theta) \) yordamida hisoblang.
Kinetik ishqalanish uchun siz ma'lum bir burchakni o'rnatishingiz va sirpanish paytida jismning tezlanishini o'lchashingiz, so'ngra ishlayotgan kuchlarni tahlil qilishingiz mumkin. Biroq, bu usul biroz murakkabroq va odatda vaqt/masofa o'lchashni talab qiladi.
6. O'lchov natijalariga ta'sir qiluvchi omillar
Ishqalanish kuchini o'lchash har doim ham bir xil qiymatni bermaydi, chunki unga ko'plab omillar ta'sir qiladi, jumladan:
– Sirt pürüzlülüğü: pürüzlü yuzalar odatda ishqalanishni oshiradi.
– Sirt tozaligi: chang, yog 'yoki suv ishqalanish qiymatini o'zgartirishi mumkin.
– Kontakt maydoni: ideal fizika modellarida kontakt maydoni ishqalanishga bevosita ta'sir qilmaydi, lekin haqiqiy materiallarda deformatsiya tufayli ta'sirlanishi mumkin.
– Harakat tezligi: ba'zi materiallarda ishqalanish tezlikning o'zgarishi bilan o'zgarishi mumkin.
– Harorat va namlik: ayniqsa, xususiyatlarini osongina o'zgartiradigan kauchuk yoki materiallar uchun.
– Qanday tortish kerak: agar tortish yuzasiga parallel bo'lmasa (ozgina ko'tarilgan bo'lsa), normal kuch o'zgaradi, natijada ishqalanish ham o'zgaradi.
Shuning uchun, aniqroq natijalarga erishish uchun tajribani bir necha marta bajaring va o'rtacha qiymatni oling.
7. Aniqroq o'lchovlar bo'yicha maslahatlar
Ba'zi amaliy maslahatlar:
1. Maksimal statik ishqalanishni o'lchab, jismni sekin torting.
2. Tortish kuchi sirtga parallel ekanligiga ishonch hosil qiling, shunda \(N \) o'zgarmaydi.
3. Kamida 3 marta takroriy o'lchovlarni bajaring.
4. Ma'lumotlarni taqqoslash uchun sirt sharoitlariga (quruq, changli, silliq) e'tibor bering.
5. Kuchni to'g'ri o'qish uchun barqaror va osongina ag'darilib ketmaydigan narsadan foydalaning.
Yopish
Ishqalanishni o'lchash oddiy, ammo ilmiy usulda amalga oshirilishi mumkin. Eng keng tarqalgan usul - bu jism harakatlana boshlaganda (maksimal statik ishqalanish) va doimiy tezlikda harakatlanayotganda (kinetik ishqalanish) kuchni o'lchash uchun dinamometrdan foydalanish. Yana bir alternativa - bu statik ishqalanish koeffitsientini aniqlash uchun kritik burchakdan foydalanadigan qiyalik tekislik usuli. O'lchovlardan biz ishqalanish koeffitsientini ham hisoblashimiz va sirt sharoitlari ishqalanish kattaligiga qanday ta'sir qilishini tushunishimiz mumkin.
Ishqalanishni qanday o'lchashni tushunish orqali biz nafaqat fizika tushunchasini o'rganamiz, balki turli kundalik faoliyatlarda va muhandislikda xavfsizlik, samaradorlik va qulaylikni belgilovchi muhim hodisani ham tushunamiz. Agar xohlasangiz, men eksperimental ma'lumotlar jadvalini, laboratoriya hisoboti formatini yoki ishqalanish bilan bog'liq amaliy savollarni ham qo'shishim mumkin.
