Mexanika páni boyınsha lekciya tekstleri-1

tastıń Jer betine qanshama waqıtta kelip jetetuǵınlıǵın hám Jer betine qanday tezlik penen túsetuǵınlıǵın esaplaymız.

Bul jaǵdayda tastıń túsiwi erkin túsiw bolıp tabıladı. Dáslepki tezligi nolge teń bolǵan deneniń teń ólshewli tezleniwshi qozǵalıstında ótilgen jol h = at2/2 ge teń (eger dáslepki tezlik v0 nolge teń bolmasa h = v0t + at2/2). Erkin túsiwshi dene ushın tezleniw a

= g = 9.81 m/s2 - erkin túsiw tezleniwi dep ataladı. Bul formuladan tastıń túsiw waqtı

t hg

bolıp shıǵadı. Sonlıqtan t 2 s, al aqırǵı tezlik vt = gt = 19.6 m/s.

Endi vertikal baǵıtta ılaqtırılǵan deneniń qozǵalısın qaraymız. Meyli vertikal baǵıtta ılaqtırılǵan dene 30 m biyiklikke kóterilsin. Usı biyiklikke tastıń qansha waqıtta jetetuǵınlıǵın hám Jer betine qansha waqıttan keyin qaytıp keletuǵınlıǵın esaplayıq.

Bul jaǵdayda

h = v0t - gt2/2.

30 m biyiklikke kóterilgen waqıttaǵı tastıń aqırǵı tezligi nolge teń, yaǵnıy

v5 = v0 - gt = 0.

Bunnan v0 = gt. Demek h = gt*t - gt2/2 = gt2/2. Sonlıqtan t = (2h/g)1/2. Bul nátiyjeni joqarıdaǵı keltirilgen mısaldaǵı alınǵan nátiyje menen salıstırsaq joqarıǵı erkin kóterilgendegi waqıt penen tómenge erkin túskendegi waqıt penen teń ekenligin kóremiz. t nıń mánisin anıqlaǵannan keyin v0 = gt = (2hg)1/2 formulası kelip shıǵadı. Sonlıqtan v0

24.2 m/s, t 2.48 s shamaların alamız.

Endi iymek sızıqlı qozǵalıslardı qarayıq.

Bir dene gorizontqa Α múyeshin jasap v0 dáslepki tezligi menen ılaqtırılǵan. Usı deneniń traektoriyasınıń túrin, deneniń eń joqarıǵa kóteriliw múyeshin hám qansha aralıqqa barıp Jer betine túsetuǵının anıqlayıq.

Máseleni bılayınsha sheshemiz: Súwretten

vx = v0 sosα, vu = v0 sinα - gt

ekenligi kórinip tur. x hám u koordinataları waqıttıń funkciyaları túrinde bılay jazıladı:

x = v0 sosα *t

u = v0 sinα *t - g t2/2

Bul teńlemeler sistemasınan waqıt t nı alıp taslasaq traektoriya teńlemesin alamız:

u= tgα * x - g/(2v02 cos2α) *x2.

xpenen x2 lar aldında turǵan shamalar turaqlı shamalar bolıp tabıladı. Olardı a hám b

háripleri menen belgilesek

u = ax - bx2

teńlemesi alamız. Bul parabolanıń formulası. Demek Jer betine múyesh jasap ılaqtırılǵan deneniń parabola boyınsha qozǵalatuǵınlıǵın kóremiz.

Bunnan

y1x 2 y2 x1 .

x12x 2 x 22 x 1

Demek

Tezlik barlıq waqıtta traektoriyaǵa urınba baǵıtında baǵıtlanǵan.

Tezleniw menen tezlik arasındaǵı múyesh qálegen mániske iye bolıwı múmkin. Yaǵnıy tezleniw traektoriyaǵa salıstırǵanda qálegen baǵıtqa iye boladı.

Tezleniwdiń normal qurawshısı tezliktiń absolyut mánisin ózgertpeydi, al tekonıń baǵıtın ózgertedi.

Tezliktiń absolyut mánisiniń ózgerisi tezleniwdiń tangensial qurawshısınıń tásirinde boladı.

Tek sheksiz kishi múyeshlik awısıw vektor bolıp tabıladı. Shekli múyeshke aylanıw vektor emes.

Múyeshlik tezlik vektor bolıp tabıladı. Sebebi ol vektor bolıp tabılatuǵın elementar múyeshlik awısıw járdeminde anıqlanadı. Shekli múyeshke burılǵandaǵı ortasha múyeshlik tezlik absolyut mánisine hám baǵıtına iye bolsa da vektor emes.

Sorawlar:

1.Qozǵalıstı táriplewdiń qanday usılların bilesiz?

2.Qozǵalıstı vektorlar arqalı belgilewdiń hám vektorlıq jazıwdıń qanday artıqmashları bar?

3.Elementar múyeshlik awısıw menen shekli múyeshlik awısıwlardıń ayıması nelerden ibarat?

4.Orayǵa umtılıwshı tezleniwdiń fizikalıq mánisi neden ibarat?

5.Qanday sebeplerge baylanıslı ortasha múyeshlik tezlik vektor bolıp tabılmaydı?

5-sanlı lekciya.

§ 5. Qattı deneler kinematikası

1.Erkinlik dárejesi.

2.Tegis qozǵalıs.

3.Aylanbalı qozǵalıs.

4.Aylanıwdıń birzamatlıq kósheri.

Erkinlik dárejesi. Qattı dene dep ara qashıqlıqları turaqlı bolatuǵın materiallıq noqatlardıń jıynaǵına aytamız. Sonlıqtan qattı deneniń qozǵalısı onı qurawshı noqatlardıń qozǵalısına alıp kelinedi. Hár bir noqattıń qozǵalısı úsh funkciyanıń (úsh koordinatanıń) járdeminde beriledi. Soǵan sáykes, eger qattı dene N dana materiallıq noqattan turatuǵın bolsa onıń qozǵalısın 3N koordinata menen táriplew múmkin. Biraq sol noqatlar arasındaǵı qashıqlıqlar ózgermeytuǵın bolǵanlıqtan bul funkciyalar bir birinen ǵárezsiz emes. Sonlıqtan qattı deneniń qozǵalısın táriplew ushın 3N dana teńlemeni sheship otırıw kerek emes.

Materiallıq noqatlar sistemasınıń (jıynaǵınıń) qozǵalısın táripleytuǵın bir birinen ǵárezsiz bolǵan funkciyalar (kóbinese parametrler dep ataladı) sanı usı sistemanıń erkinlik dárejesi dep ataladı.

Materiallıq noqattıń qozǵalısı úsh parametrdiń járdeminde táriplenedi. Sonlıqtan da onıń erkinlik dárejesi 3 ke teń. Bir birine baylanıssız qozǵalatuǵın eki materiallıq noqattıń erkinlik dárejesi 6 ǵa teń. Al usı eki noqat bir biri menen baylanıstırlǵan bolsa,

Bul formulalardan qattı denelerdiń aylanıw kósherine perpendikulyar bolǵan radiustıń boyında alınǵan noqatlarınıń tolıq tezleniwiniń vektorları óz-ara parallel hám aylanıw kósherine qashıqlıǵına proporcional ósedi (súwrette kórsetilgen). Radiusqa

16- súwret. Aylanıw kósherinen qashıqlaǵanda da tolıq tezleniw baǵıtı boyınsha ózgermey qaladı, biraq absolyut mánisi boyınsha ósedi.

Aylanıw kósheri keńislikte ózgermey qalatuǵın jaǵdayda qattı deneniń noqatlarınıń tezleniwi vektorlıq formada = [d /dt,r], n = [ ,v], = + n túrinde beriledi (usı paragraftan aldıńǵı paragraftı qaraw kerek).

Aylanıwdıń birzamatlıq kósheri. Tegis qozǵalısta qattı deneniń awhalı usı qattı deneniń barlıq noqatları parallel qozǵalatuǵın bir kese-kesiminiń awhalı menen tolıq anıqlanadı. Al tegisliktegi bul kese-kesimniń awhalı (turǵan ornı) usı kese-kesimdegi noqatlardı baylanıstıratuǵın kesindiniń awhalları (turǵan orınları) járdeminde anıqlanadı. Usı kesindiniń bazı bir waqıt ishindegi A0V0 awhalınan AV awhalına kóshiwin (orın almastırıwın) qaraymız

(tómendegi súwrette keltirilgen). Bul awısıwdı eki awısıwǵa jikleymiz:

1)A0V0 awhalınan AV awhalına ilgerilemeli kóshiw, bunday jaǵdayda sızıq óz-ózine parallel qalıp kóshedi;

2)aylanbalı qozǵalıs, bunday qozǵalıstıń nátiyjesinde Ó noqatı arqalı ótiwshi, qattı

deneniń qozǵalıs baǵıtına perpendikulyar kósher dógereginde múyeshine burıladı.

Orın almastırıwdı bunday etip eki qozǵalısqa bóliw bir mánisli emes: tuwrını A0V0 awhalınan Á‟V‟‟ awhalına ilgerilemeli qozǵalıs penen alıp keliw hám múyeshine burıwdı Ó‟ noqatı arqalı ótiwshi kósherdiń dógereginde burıw múmkin.

Solay etip orın almastırıwdı ilgerilemeli hám aylanbalı qozǵalıslarǵa bóliw bir mánisli ámelge aspaydı, biraq burılıw múyeshi niń mánisi barlıq waqıtta birdey. dt waqıtı ishinde qattı deneniń barlıq noqatları dl aralıǵına ilgerilemeli jáne Ó noqatı átirapında d elementar múyeshlik orın almastıradı. Sonlıqtan barlıq noqatlardıń tezligi eki qosılıwshıdan turadı:

1)ilgerilemeli v0 = dl/dt;

2)aylanbalı v‟ = [,r], bul jerde = d/dt, r vektorı ushın esaplaw bası aylanıw kósheri

ótetuǵın Ó noqatı bolıp tabıladı. Bul noqat qattı deneniń noqatlarınıń biri bolıp qalıp v0 ilgerilemeli tezligine iye boladı.. Demek

v = v0 + [ ,r].

17- súwret. Orın almastırıwdı (awısıwdı) ilgerilemeli hám aylanbalı dep ekige bóliw bir mánisli emes, al bunday bolıp bóliwdi sheksiz kóp

usıl menen ámelge asırıw múmkin. Biraq barlıq jaǵdaylarda da aylanıw múyeshi bir mániske iye.

Orın almastırıwdı ilgerilemeli hám aylanbalı dep bóliw bir mánisli ámelge asırıwǵa bolmaytuǵınlıǵına kóz jetkerdik. Tap sol sıyaqlı tezlikti ilgerilemeli hám aylanbalı qozǵalıslar tezlikleri dep qurawshılarǵa jiklew de birmánisli emes. Bul túmendegi súwrette keltirilgen.

Deneniń ilgerilemeli tezligin ózgertiw arqalı aylanıw kósheriniń turǵan ornın da ózgertemiz. Qozǵalıs tegisligine perpendikulyar bolǵan qálegen kósherdiń aylanıw kósheri bolatuǵınlıǵın kórsetiwge boladı. Ilgerilemeli qozǵalıs tezligi nolge teń bolǵan kósher aylanıwdıń birzamatlıq kósheri dep ataladı. Usı momentte deneniń barlıq noqatlarınıń tezligi birzamatlıq kósher dógeregindegi aylanbalı qozǵalıs tezligi sıpatında qaralıwı kerek. Deneniń birzamatlıq kósheri boyındaǵı barlıq noqatlarınıń ilgerilemeli qozǵalıs tezligi nolge teń. Aylanıw kósheriniń boyında ornalasqanlıqtan bul noqatlardıń aylanbalı tezligi de nolge teń. Sonlıqtan qattı deneniń birzamatlıq kósheri boyında ornalasqan barlıq noqatlarınıń tezligi nolge teń boladı eken. Eger qaralıp atırǵan qattı dene shekli ólshemlerge iye bolsa birzamatlıq aylanıw kósheri deneden tısta jaylasqan bolıwı da múmkin.

18- súwret. Qattı deneniń tezligin ilgerilemeli hám aylanbalı qozǵalıslar tezliklerine jiklewdiń birmánisli emes ekenligin kórsetetuǵın súwret.

Shep táreptegi súwrette qozǵalıs tezligi u bolǵan ilgerilemeli hám On oqatı dógeregindegi aylanbalı qozǵalıslardan turadı. Al oń táreptegi qozǵalıs tezligi ú bolǵanilgerilemeli hám orayı Ó bolǵan

aylanbalı qozǵalıslardan turadı.

19- súwret. Aylanıwdıń birzamatlıq kósherin túsindiriw ushın arnalǵan sızılma.

Altı erkinlik dárejesine iye sistemanıń awhalı (turǵan ornı) koordinatalar dep atalatuǵın altı sandı beri menen anıqlanadı. Olar ıqtıyarlı. Olardıń bir birinen

ǵárezsi ekenligin tekseriw áhmiyetke iye. Eyler múyeshleri belgili bir qolaylılıqtarǵa iye usıllardıń biri.

Digirshiktiń jer menen tiyisken noqatı qozǵalmaydı. Avtomobildiń digirshiginen artqı tárepke ptaslıqlar sol digirshiktiń jerge tiyisken noqatınan joqarıda jaylasqan noqatlar tárepinen ılaqtılıladı.

Qattı deneniń ıqtıyarlı qozǵalısın materiallıq noqattıń qozǵalısı hám usı noqat arqalı ótiwshi birzamatlıq kósher dógeregindegi qozǵalıs sıpatında qaraw múmkin.

Sorawlar: Mexanikalıq sistemanıń erkinlik dárejesi qalay anıqlanadı?

Hár qanday qozǵalıslarda qattı deneniń erkinlik dárejesi qanday mánislerge iye boladı?

Eyler múyeshleriniń geometriyalıq anıqlamaları qanday?

Qattı deneniń tegis qozǵalısında tezlikti ilgerilemeli hám aylanbalı qozǵalıslar tezlikleriniń qosındısı túrinde kórsetiwdiń múmkinshiligi qalay dálillenedi?

Birzamatlıq aylanıw kósheri degenimiz neW Siz ápiwayı qozǵalıslar jaǵdaylarında birzamatlıq kósherlerge mısallar keltire alasız ba?

6-sanlı lekciya.

§6. Ńyuton nızamları

1.Ńyuton tárepinen berilgen anıqlamalar.

2.Massa. Impuls. Impulstıń saqlanıw nızamı.

3.Ńyuton nızamların sáwlelendiretuǵın mısallar.

Dinamikanıń tiykarǵı nızamları ushın Ńyuton tárepinen tómendegidey anıqlamalar usınıldı:

1-anıqlama. Materiyanıń muǵdarı (massa) onıń tıǵızlıǵı menen kólemine proporcional túrde anıqlanatuǵın ólshem.

Ńyutonnıń hesh bir anıqlaması usı anıqlamaday sınǵa alınbadı. Bul jerde “materiya muǵdarı” hám “massa” sózleri birdey mániske iye. Ńyuton tárepinen usınılǵan “Materiya muǵdarı“ termini ilimde kóp waqıt saqlanbadı hám házirgi ilimde “massa” termini menen tolıq almastırılǵan.

Sonıń menen birge Ńyuton zamanında qanday da bir shamanıń ólshemin anıqlaǵanda usı shamanıń qanday shamalarǵa proporcional ekenligine tiykarǵı kewil bólingen. Mısalı házirgi waqıtları biz “úsh múyeshliktiń maydanı onıń ultanı menen biyikliginiń yarım kóbeymesine teń” dep aytamız. Al Ńyuton zamanında “úsh múyeshliktiń maydanı onıń ultanı menen biyikligine proporcional” dep aytılǵan.

2-anıqlama. Qozǵalıs muǵdarı tezlik penen massaǵa proporcional etip alınǵan shamanıń ólshemi.

Ńyuton tárepinen birinshi bolıp qabıl etilgen “Qozǵalıs muǵdarı” túsinigi de “Materiya muǵdarı” túsinigine sáykes keledi. Biraq bul túsinik házirgi waqıtlarǵa shekem saqlanıp keldi.

3-anıqlama. Materiyanıń ózine tán kúshi onıń qarsılıq etiw qábiletligi boladı. Sonlıqtan ayırıp alınǵan qálegen dene óziniń tınıshlıq halın yamasa teń ólshewli qozǵalısın saqlaydı.

4-anıqlama. Sırttan túsirilgen kúsh deneniń tınıshlıq halın yamasa teń ólshewli tuwrı sızıqlı qozǵalısın ózgertetuǵın tásir bolıp tabıladı.

Qozǵalıstıń birinshi nızamı retinde Ńyuton Galiley tárepinen ashılǵan inerciya nızamın qabıl etti.

1-nızam. Qálegen dene eger de sırttan kúshler tásir etpese óziniń tınıshlıq yamasa teń ólshewli tuwrı sızıqlı qozǵalıs halın saqlaydı.

Bunday qozǵalıs ádette erkin qozǵalıs yamasa inerciya boyınsha qozǵalıs dep ataladı.

Erkin qozǵalatuǵın deneni erkin dene dep ataymız.

Erkin denelerdi tábiyatta tabıw múmkin emes. Sonlıqtan bunday túsinikti qabıl etiw abstrakciya bolıp tabıladı.

Ńyutonnıń ekinshi nızamı boyınsha

Bul formuladaǵı m - deneniń massası, dv/dt - tezleniwi. Bul nızam boyınsha eger F = 0 bolsa v=const. Usınnan Ńyutonnıń birinshi nızamı kelip shıqpay ma degen soraw kelip tuwadı. Bir qatar fizika ilimin úyreniwshilerde usınday pikirdiń payda bolıwı múmkin. Biraq

Ńyutonnıń birinshi nızamınıń ózinshe ǵárezsiz nızam ekenligin hár qanday inertsial esaplaw sistemaların saylap alıw arqalı ayqın kórsetiwge boladı. Sonıń nátiyjesinde bul nızamnıń ǵárezsiz ekenligin, qozǵalıslardı dinamikalıq hám kinematikalıq mániste qaraw ushın qabıl etilgen esaplaw sistemasınıń paydalanıwǵa bolatuǵınlıǵın yamasa bolmaytuǵınlıǵın bildiretuǵın kriteriyi bolıp sanaladı.

Massa. Impulstıń saqlanıw nızamı. Qálegen dene qozǵalısqa keltirilse yamasa onıń tezliginiń shamasın yaki baǵıtın ózgerter bolsaq qarsılıq kórsetedi. Denelerdiń bul qásiyetin inertlilik dep ataymız. Hár qanday denelerde inertlilik hár qanday bolıp kórinedi.

:lken tasqa tezleniw beriw, kishi topqa tap sonday tezleniw beriwden ádewir qıyın. Inertlilik

ólshemi massa dep ataladı.

Deneniń massasın F/a = sonst = m ańlatpası arqalı anıqlaymız.

Massa deneniń inertlilik qásiyetiniń táriplemesinen basqa mániske iye emes.

Usıǵan baylanıslı bul massanı geyde inert massa dep te ataydı.

19- ásirdiń aqırına kele fizika menen shuǵıllanıwshılar deneniń massası menen sol deneniń inertliliginiń bir túsinik ekenligin ayqın moyınladı. Bul haqqında O.D.Xvalsonnıń “Fizika kursı” kitabınıń I tomınıń sáykes paragrafın oqıp iseniwge boladı.

Massanı dál anıqlaw ushın izolyaciyalanǵan yamasa jabıq sistema dep atalıwshı túsiniklerdi kirgizemiz. Basqa denelerde jetkilikli dárejede alıslatılǵan, basqa denelerdiń tásiri joq etilgen deneler sistemasın usınday sistema dep qaraymız. Sistemaǵa kiriwshi deneler bir biri menen tásirlese aladı. Eki materiallıq noqattan turatuǵın sistemanı qarayıq. Bul noqatlardıń tezlikleri jaqtılıq tezliginen kishi dep esaplaymız. Usı materiallıq noqatlar bir biri menen tásir etiskende olardıń tezlikleri ózgeredi. Yaǵnıy

Bul ańlatpadaǵı ml hám m2 shamaları turaqlı bolıp qaladı. Usı shamalar l- hám 2- materiallıq noqatlardıń óz-ara tásir etisiw ózgesheliklerine pútkilley baylanıslı emes. Tásir etisiw waqtı ∆t nı qálegenimizshe ózgertiw múmkin. Usınıń menen birge ∆vl hám

∆v2 vektorları da ózgeredi. Biraq ml hám m2 koeffitsientleri (dáliregi olar arasındaǵı qatnas) turaqlı bolıp qaladı. Bul nátiyjeni tájiriybeniń juwmaǵı dep qaraw kerek. ml hám

m2 koeffitsientleri tek ǵana usı l- hám 2-denelerdiń ózlerine baylanıslı boladı. Olardı massa dep, anıǵıraǵı l- jáne 2-denelerdiń inertlik massaları dep ataymız.

Solay etip eki materiallıq deneniń massalarınıń qatnası olar bir biri menen tásir etiskende tezlikleri alatuǵın ósimlerdiń minus belgisi menen alınǵan qatnaslarınday boladıeken.

Massalar qatnasınan massanıń ózine ótiw ushın massa etalonı kerek boladı. Bunday jaǵdayda barlıq deneler massaları bir mániste anıqlanadı. Sonday-aq etalon oń belgige iye bolsa barlıq massalar da oń belgige iye boladı. Fizika iliminde tiykarǵı birlik retinde kilogramm qabıl etilgen. Ol Franciyadaǵı Sevre qalasındaǵı Xalıqaralıq salmaqlar hám

ólshemler byurosında saqlanıp turǵan iridiydiń platina menen quymasınan islengen etalonnıń massasına teń. Kilogrammnıń mıńnan bir úlesine gramm dep aytamız.

Tájiriybeniń nátiyjesi bolǵan jáne de bir jaǵdayǵa dıqqat qoyamız. m2/ml qatnasın usı eki deneniń massalarınıń qatnasları túrinde esaplanıp qoymay, úshinshi deneni de qollanıw múmkin. Bunday jaǵdayda usı massalardıń úshinshi deneniń massasına qatnasın tabamız. Bul qatnaslardı bir birine bólsek m2/ml qatnası kelip shıǵadı. Eger (6-1) qatnastıń eki tárepin de tásir etisiw waqtı ∆t ǵa bólsek

formulasına iye bolamız.

Bul formula menen massalardıń qatnasın anıqlaw, usı denelerdiń ortasha yamasa haqıyqıy tezleniwleriniń qatnasların anıqlawǵa alıp kelinedi.

mv = p bolǵan massa menen tezliktiń kóbeymesinen turatuǵın vektordı materiallıq noqattıń impulsı yamasa qozǵalıs muǵdarı dep atayıq. Materiallıq noqatlar sistemasınıń impulsı yamasa qozǵalıs muǵdarı dep hár bir materiallıq noqattıń impulslarınıń vektorlıq qosındısına teń, yaǵnıy

r = rl + r2 = mlvl + m2v2. (6-5)

Demek jabıq sistemadaǵı eki materiallıq noqattıń impulslarınıń qosındısı turaqlı bolıp qaladı eken. Bul awhal impulstıń saqlanıw nızamı dep ataladı. Bul nızam relyativistlik emes hám relyativistlik jaǵdaylar ushın da durıs keledi.

Eger materiallıq noqatqa sırttan tásirler túsetuǵın bolsa, onda onıń impulsı saqlanbaydı. Usıǵan baylanıslı óz-ara tásir etisiwdiń intensivliligi sıpatında impulstan