Тема 4. Основы функционирования технических средств в системах сервиса

Классификация функциональных элементов систем сервиса. Законы функционирования технических элементов систем сервиса. Фундаментальные законы естествознания. Законы механики. Вращательное движение и его параметры. Поступательное движение и его модель. Силы, действующие на технические средства систем сервиса. Основы термодинамики. Процессы преобразования тепловой и механической энергии.

Классификация функциональных элементов систем сервиса

Элементы, входящие в состав систем сервиса, выполняют в них определённые функции. Их можно называть функциональными элементами. К таким элементам могут быть отнесены машины различного типа (например, автомобили для подвоза грузов от клиентов до основного пункта отправления, откуда осуществляется перевозка на большое расстояние). Кроме того, функциональными элементами могут быть приборы, аппараты, устройства, обеспечивающие необходимые условия перевозимым пассажирам или грузам. Наконец, функциональными элементами систем сервиса могут быть различные машины, устройства, используемые для технического обслуживания и ремонта транспортных средств.

Обобщая изложенное, можно сформулировать основные признаки классификации функциональных элементов систем сервиса (ФЭ): подвижность; физическая природа; законы, в соответствии с которыми действуют ФЭ. Поэтому ФЭ можно классифицировать так.

По характеру подвижности: подвижные (перемещающиеся в пространстве), неподвижные (закрепленные стационарно);

По физической природе: механические, гидромеханические, электромеханические, электрические, электромагнитные, оптические, электронно-оптические;

По законам, в соответствии с которыми функционируют элементы: элементы, функционирующие по законам механики; элементы, функционирующие по законам термодинамики; элементы, функционирующие по законам электричества; элементы, функционирующие по законам оптики.

Законы функционирования технических элементов систем сервиса

Фундаментальные законы естествознания

Технические элементы систем сервиса функционируют в соответствии с фундаментальными законами естествознания. Фундаментальные законы – это законы, составляющие основу естествознания. Они справедливы для всех областей естествознания.

Рассмотрим фундаментальные законы естествознания.

Закон сохранения массы вещества: при всех преобразованиях количество данного вещества остаётся неизменным. В соответствии с этим законом его математическая форма имеет вид:

dm = d = 0,

где m – масса вещества;

m_i – масса i-й частицы вещества;

М – количество частиц вещества.

Закон периодичности свойств химических элементов: свойства химических элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.

Форма представления закона – периодическая таблица элементов, впервые созданная Д.И. Менделеевым. Она содержит сведения об атомной массе, ядерном заряде, количестве электронов на каждом уровне, отсчитываемом от ядра. Все химические элементы в таблице размещаются по периодам (горизонтальные строки) и по группам (вертикальные столбцы). Свойства элементов соответствуют номерам периодов и групп.

Закон первопричинности процессов в природе: для осуществления какого-либо процесса необходимо создать разность соответствующих потенциалов. Потенциалами могут быть: температура (разность температур служит причиной осуществления теплового процесса); сила (разность сил приводит к механическому движению тела); электрический потенциал (разность электрических потенциалов вызывает направленное перемещение электронов, т.е. электрический ток).

Математическое отображение закона:

где I – количественная мера процесса (в механике I_мех= mw, m – масса тела, w – скорость движения; в термодинамике – I_теп=q_Т, q_T – количество теплоты; в электрических процессах I_эл=q_эл, q_эл – электрический заряд);

P_a – активное (положительное) значение потенциала;

P_r – реактивное (противодействующее) значение потенциала;

k – коэффициент пропорциональности между количественной мерой процесса и его потенциалами;

– время.

Закон сохранения и превращения энергии: энергия не может исчезать и прибывать, а может лишь по определенным законам преобразовываться в её различные формы.

Энергия является общей мерой различных форм материи: механической, тепловой, электромагнитной, химической и ядерной. То есть энергия как форма существования материи может проявляться в различных формах, но её количество остаётся неизменным.

Математическое выражение закона:

,

где А – механическая энергия (работа), Дж;

Э_j – соответствующая j-я форма энергии (тепловая, электромагнитная, химическая, ядерная).

Закон взаимодействия материи в физическом поле: сила взаимодействия двух элементов материи пропорциональна произведению величин их параметров в физическом поле и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими элементами, т.е.

,

где h_i,h_j – величины одноимённых параметров i-го и j-го элементов материи в физическом поле соответствующего вида;

r_ij – расстояние между i-м и j-м элементами (много большее геометрических размеров этих элементов);

k_ф – коэффициент пропорциональности.

Для гравитационного поля h_i=m_i, h_j=m_j – массы тел, для электрического поля h_i=q_i, h_j=q_j – величины зарядов. Этот закон открыли Галилео Галилей – для гравитационного поля, Шарль Кулон – для электрического поля.

Система фундаментальных законов служит теоретической основой построения и познания технических объектов различных систем, в том числе и систем сервиса.

Законы механики

В механических системах потенциалами системы является вектор силы, а обобщенным параметром – скорость движения. В соответствии с фундаментальным законом первопричинности процессов в природе для механического движения получим уравнение

Коэффициент сопротивления механическому движению характеризует свойство механического процесса сохранять состояние покоя или равномерного движения. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного движения называется инерцией. Понятие об инерции составляет сущность первого закона механики, сформулированного Ньютоном: всякое тело обладает инерцией, т.е. свойством сохранять состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока это состояние не изменит воздействие других тел.

Мерой инерции является масса тела m, а коэффициент сопротивляемости проведению механического процесса

.

Тогда уравнение механического движения примет вид:

Левая часть уравнения характеризует быстроту изменения скорости и называется ускорением, которое обозначается , т.е.

С учетом понятия об ускорении

или

Это выражение соответствует второму закону механики: произведение массы тела на его ускорение равно разности сил.

В механических системах разность потенциалов (т.е. сил) возникает как результат действия тел друг на друга. Взаимодействие между телами определяется третьим законом механики: силы, с которыми тела действуют друг на друга, всегда равны по модулю и действуют по одной прямой, соединяющей точки приложения сил к телам. Уравнение, отображающее этот закон, имеет вид:

В механике существуют различные виды движения. Применительно к техническим средствам сервиса следует выделить два вида движения: вращательное и поступательное.