e-max.it, posizionamento sui motori

ვთქვათ \(m\) მასის სხეულზე  რაღაც მცირე \(\Delta t\) დროის განმავლიბაში მოქმედებს ძალა ​\(\vec F\).   ამ ძალის მოქმედებით სხეულის სიჩქარე იცვლება ​\(\Delta \vec{v}=\vec{v_{2}}-\vec{v_{1}}\). აქედან გამომდინარე,​\(\Delta t​\) დროის განმავლობაში სხეული მოძრაობს აჩქარებით

 ​\(\vec{a}=\frac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}=\frac{\vec{v_{2}}-\vec{v_{1}}}{\Delta t}​\)

დინამიკის ძირითადი კანონიდან (ნიუტონის მეორე კანონი) გამომდინარეობს:

 

 

\(\vec{F}=m\vec{a}=m\frac{(\vec{v_{2}}-\vec{v_{1}})}{\Delta t}​\)  ან  ​\(\vec{F}\Delta t=m\vec{v_{2}}-m\vec{v_{1}}=m\Delta \vec{v}=\Delta (m\vec{v}).​\)

 

ფიზიკურ სიდიდეს, რომელიც სხეულის მასისა და მისი სიჩქარის ნამრავლის ტოლია, სხეულის უმპულსი  (ან სხეულის მოძრაობის რაოდენობა) ეწოდება. სხეულის იმპულსი ვექტორული სიდიდეა. იმპულსის ერთეული ​\(Si​\) სისტემაშიკოლოგრამ–მეტრია წამში (კმ.მ/წმ).

ახალი ტერმინების გამოყენებით ნიუტონის მეორე კანონი შეიძლება ასე ჩამოვაყალიბით: სხეულის იმპულსის (მოძრაობის რაოდენობის) ცვლილება  ძალის იმპულსის ტოლია. ძალის იმპულსი აღვნიშნოთ ​\(\vec{P}​\)–თი და მეორე კანონი შეიძლება ასე ჩაიწეროს:

\(\vec{F}\Delta t=\Delta \vec{P}.​\)

სწორედ ასეთი ზოგადი სახით ჩამოაყალიბა იგი ნიუტონმა. ამ გამოსახულებაში ​\(\vec{F}​\) ძალა სხეულზე მოდებული ყველა ძალების ტოლქმედს წარმოადგენს. ეს ვექტორული ტოლობა შეიძლება კოორდინათტა ღერძებზე გეგმილებით ასე ჩაიწეროს:

\(F_{x}\Delta t=\Delta P_{x}; F_{y}\Delta t=\Delta P_{y}; F_{z}\Delta t=\Delta P_{z}.​\)

ამგვარად, ნებისმიერი ურთიერთმართობულ ღერძზე სხეული იმპულსის გეგმილის ცვლილება იმავე ღერძზე ძალის იმპულსის გეგმილის ტოლია. მაგალითისთვის განვიხილოთ ერთგანზომილებიანი მოძრაობა, ე.ი. სხეულის მოძრაობა ერთ–ერთ საკოორდინატო ღერძზე (მაგ. ​\(OY​\)–ზე). ვთქვათ სხეული სიმძიმის ძალის მოქმედებით თავისუფლად ვარდება საწყისი ​\(v_{0}​\) სიჩქარით; ვარდნის დრო ​\(t​\)–ა. ​\(OY​\) ვერტიკალურად ქვევით მივმართოდ. ​\(t​\) დროის განმავლობაში სიმძიმის ძალის იმპულსი \(mgt​\)–ს ტოლია. ეს იმპულსი სხეულის იმპულსის ცვლილების ტოლია

 

\(mgt=\Delta P=m(v-v_{0})​\), სადაც ​\(v=v_{0}+gt.​\)

 

ეს უბრალო შედეგი ემთხვევა თანაბარაჩქარებული მოძრაობის კინემატიკურ ფორმულას. ამ მაგალითში ძალა ​\(t​\) დროის ინტერვალში მოდულით უცვლრლი რჩება. ძალის სიდიდე თუ იცვლება, გამოსახულებაში  ​\(t​\) დროის ინტერვალში საშუალო ძალის მნიშვნელობა Fსაშ.  უნდა ჩაისვას. ნახ. 1 ნაჩვენებია დროზე დამოკიდებული ძალის იმპულსის განსაზღვრის მეთოდი.

 

ნახ. 1.

\(F(t)​\) დამოკიდებულების გრაფიკიდან ძალის იმპულსის განსაზღვრა.

 

დროის ღერძზე გამოვყოთ Δt მცირე ინტერვალი, რომელშიც ძალა ​\(F(t)​\) პრაქტიკულად არ იცვლება. ძალის იმპულსი ​\(F(t)\Delta t​\)- ​\(\Delta t​\) დროის განმავლობაში  დაშტრიხული სვეტის ფართობის ტოლია. თუ დროის მთელ ღერძს 0 –დან  ​\(t​\)–მდე დავყოფთ ​\(\Delta t_{i}​\)  მცირე ინტერვალებად, და შემდეგ კი ავჯამავთ ძალის იმპულსებს ყველა ​\(\Delta t_{i}​\) მონაკვეტში, მაშინ ჯამური ძალის იმპული   ამ კიბისებური მრუდის მიერ დროის ღერძთან წარმომნილი ფართობის ტოლი გამოვა.  როცა ​\((\Delta t_{i}\rightarrow 0)​\), მოვიღებთ ​\(F(t)​\) გრაფიკის მიერ დროის ღერძთან შედგენილ ფართობს.  ​\(F(t)​\) გრაფიკის მიხედვით ძალის იმპულსის განსაზღვრის ეს მეთოდი ზოგადია და  ძალის დროში ცვლილების ნებისმიერი კანონისათვის გამოიყენება. მათემატიკური ამოცანა დაიყვანება  ​\(F(t)​\)–ს  ​\([0;t]​\) ინტერვალში ინტეგრირებაზე.  ნახ. 1–ზე მოცემული ძალის იმპულსი ​\(t_{1}=0​\)–დან ​\(t_{2}=10​\)–მდე უდრის:

 

Fსაშ.\((t_{2}-t_{1})=\frac{1}{2}F_{max}(t_{2}-t_{1})=100​\)ნ.წმ=100კგ.მ/წმ

Fსაშ ​\(=\frac{1}{2}F_{max}=10​\)ნ

 

ზოგიერთ შემთხვევაში, საშუალო ძალა  Fსაშ შეიძლება განისაზღვროს თუ ცნობილია მისი მოქმედების დრო და სხეულისადმი მინიჭებული იმპულსი. მაგალითად, ფეხბურთელი 0,415 კგ ბურთზე ძლირი დარტყმით, მას ანიჭებს   υ = 30 მ/წმ სიჩქარეს. დარტყმის ხანგრძლივობა დაახლოებით 8·10–3 წმ–ია.

 დარტყმის შედეგად ბურთის მიერ შეძენილი  ​\(P​\)  იმპულსი ტოლია:

 

\(P=mv=12,5​\)კგ.მ/წმ.

 

აქედან გამომდინარე, საშუალო ძალა Fსაშ, როლითაც დარტყმის პერიოდში ფეხბურთელი მოქმედებს ბურთზე, ტოლია:

Fსაშ ​\(=\frac{P}{\Delta T}=1,56\cdot 10^{3}​\)ნ

 

ეს ძალიან დიდი ძალაა. ის დაახლოებით 160 კგ მასის წონის ტოლია.

თუ სხეული  ძალის მოქმედების პერიოდში რაღაც მრუდწირულ ტრაექტორიაზე მოძრაობს, მაშინ სხეულის საწყისი ​\(\vec{P_{1}}​\) და საბოლოო ​\(\vec{P_{2}}​\) იმპულსები შეიძლება განსხვავდებოდეს როგორც მოდულით, ასევე მიმართულებითაც. ამ შემთხვევაში იმპულსის ცვლილების ​\(\Delta \vec{P}​\) განსაზღვრისათვის ხელსაყრელია იმპულსების დიაგრამას გამოყენება, რომელზეც გამოსახულია პარალელოგრამის წესით აგებული  ​\(\vec{P_{1}}​\) და ​\(\vec{P_{2}}​\) ვექტორები და ასევე ვექტორი ​\(\Delta \vec{P}=\vec{P_{2}}-\vec{P_{1}}​\).  ნახ. 2–ზე  გამოსახულია იმპულსების დიაგრამა  უსწორმასწორო კედლიდან არეკვლილი ბურთისათვის. ​\(m​\) მასის ბირთი დაეჯახა კედელს ​\(\vec{v_{1}}​\) სიჩქარით ნორმალისადმი (ღერძი ​\(OX​\))  ​\(\alpha​\)  კუთხით, გადაიხარა ნორმალიდან  ​\(\beta​\) კუთხით და გააგრძელა გზა ​\(\vec{v_{2}}​\) სიჩქარით. ბურთის კედელთან კონტაქტის დროს მასზე მოქმედებდა რაღაც ​\(\vec{F}​\) ძალა, რომლის მიმართულება ემთხვევა ​\(\Delta \vec{P}​\) ვექტორს.

ნახ. 2.

უსწორმასწორო კედლიდან ბურთის არეკვლა და იმპულსების დიაგრამა

 

დრეკად კედელზე ​\(m​\) მასის ბურთს ნორმალური (პირდაპირი) ​\(\vec{v_{1}}=\vec{v}​\) სიჩქარით შეჯახებისას, არეკვლის შემდეგ აქვს ​\(\vec{v_{2}}=-\vec{v}​\) სიჩქარე. აქედან გამომდინარეობს, რომ არეკვლისას იმპულსის ცვლილება ტოლია ​\(\Delta \vec{P}=-2m\vec{v}.​\)  ​\(OX​\)  ღერძზე დაგეგმილების შედეგი შეიძლება ჩაიწეროს სკალარული ფორმით Δpx = –2mυx OX ღერძი მიმართულია კედლისაკენ, ამიტომ ​\(v_{x}<0​\) და ​\(\Delta p_{x}>0​\). აქედან გამომდინარე, იმპულსის ცვლილების მოდული ​\(\Delta P​\) \(v​\) \(v\) ბურთის სიჩქარიეს υ მოდულთან დაკავშირებულია ტოლობით ​\(\Delta P=2mv​\).