A. A. Detlaf, B. M. Yavorskiy fizika kursi
v ilgarilanma harakat tezlanishi beradi, bu yerda g g r – gravitatsion maydon kuchlanganligi
Download 5.01 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Vaznsizlik deb, tortishish maydonida harakatlanayotgan mexanik sistemaning shunday holatiga aytiladiki, bunday holatda bu maydon sistema qismlarining bir
- 6.4-§. Ekvivalentlik prinsipi 1.
- Fazoning chegaralangan sohasidagi tortishish maydoni mos holda tanlab olingan noinersial sanoq sistemasidagi «inersiya kuchlari maydoniga» fizik jihatdan
- 7-BOB ________________________________________________________________ MAXSUS NISBIYLIK NAZARIYASI ASOSLARI
- 7.1-rasm V M r r Y K Y K V
v ilgarilanma harakat tezlanishi beradi, bu yerda g g r – gravitatsion maydon kuchlanganligi, u maydonga joylashtirilgan moddiy nuqtaga maydon tomonidan ta’sir etuvchi kuchni shu moddiy nuqtaning m massasiga nisbatiga teng: m F g g g r r = . (6.17) Bir jinsli maydonning kuchlanganligi uning hamma nuqtalarida bir xil. (6.13) – (6-15) formulalardan Yer bilan bog‘liq bo‘lgan sanoq sistemasida m massali moddiy nuqtaning nisbiy harakat tenglamasi 87 к mq mi tor r I I I F F a m r r r r r r + + + + = ko‘rinishga ega bo‘ladi. Bu yerda mq I r va к I r – markazga intilma va Koriolis inersiya kuchlari; F tor – moddiy nuqtaning Yerga tortilish kuchi; F – moddiy nuqtaga ta’sir etuvchi gravitatsion kuchdan tashqari boshqa hamma kuchlarning yig‘indisi. 2. Jismning og‘irlik kuchi deb, jismga qo‘yilgan va jismning Yerga tortilish kuchi bilan yerning sutkalik aylanishi tufayli hosil bo‘lgan markazdan qochma inersiya kuchlarining geometrik yig‘indisiga teng bo‘lgan ΡΡΡΡ kuchga aytiladi. (6.2 – rasm) : q m tor I F P . r r r + = (6.19) Yerni birinchi yaqinlashishda zichligi faqat uning markazigacha masofagacha bog‘liq bo‘lgan shar deb hisoblash mumkin. Bu holda N’yutonning butun olam tortishish qonunidan m massali jismning Yerga tortilish kuchi r r mM G F Yer tor r r 3 − = (6.20) bo‘ladi. Bu yerda G – gravitatsion doimiylik; Yer M – Yer massasi; r r – Yer markazidan jism joylashgan nuqtaga o‘tkazilgan radius - vektor (hamma jismlarning o‘lchami r ga qaraganda ko‘p marta kichik bo‘lgani uchun uni nuqtaviy deb hisoblash mumkin. (6.19) formulaga (6.20) va (6.15) ifodalarni qo‘yib, [ ] [ ] r m r r mM G P Yer r r r Ω Ω − − = 3 (6.21) ifodani olamiz. Bu yerda Ω - Yerning sutkalik aylanishdagi burchaklik tezlik. Og‘irlik kuchi mahkamlanmagan jismlarning Yerga tushishini keltirib chiqaradi. Og‘irlik kuchi Yerga nisbatan tinch turgan jismning gorizontal tayanchga (yoki vertikal osmaga) ko‘rsatgan bosim kuchiga teng. Uni yer sanoq sistemasida, masalan prujinali dinamometr yordamida o‘lchash mumkin. Jism og‘irlik kuchining qo‘yilish nuqtasi, ya’ni jism barcha zarralarining umumiy og‘irlik kuchi qo‘yilgan nuqta jismning og‘irlik markazi deyiladi. 3. Jismning og‘irlik kuchi uning nisbiy harakat tezligiga bog‘liq emas. U jismning m massasiga proporsional va g m R r r = (6.22) ko‘rinishda ko‘rsatilishi mumkin. Bu yerda g r – erkin tushish tezlanishi. Yerning ma’lum nuqtasi uchun g r vektori hamma jismlar uchun bir xil bo‘lib, bu joyning holatiga bog‘liq. Jismning og‘irlik kuchi, markazdan qochma inersiya kuchlari 0 . = q m I r bo‘lgan joylarda, ya’ni qutblarda uning Yerga tortilish kuchiga teng bo‘ladi. ϕϕϕϕ m I mq F tort O 6.2-rasm 88 Og‘irlik kuchining jismning tortilish kuchidan eng katta farq qilishi ekvatorda kuzatiladi, chunki u yerda q m I . r kuch o‘zining maksimal qiymatiga erishadi va tor F r kuchning yo‘nalishiga qarama-qarshi tomonga yo‘nalgan. Ammo og‘irlik kuchi hatto ekvatorda ham tortilish kuchidan bor-yo‘g‘i 0,35% ga farq qiladi xolos. Qutb va ekvatordan tashqari yer sirtining hamma nuqtalarida R r va tor F r kuchlar yo‘nalishi bo‘yicha ham mos tushmaydi (6.2-rasm), lekin ular orasidagi maksimal burchak 6’ dan oshmaydi. Balandga ko‘tarilgan sari og‘irlik kuchi kamayib boradi. Yer sirti yaqinida bu kamayish, har bir kilometr ko‘tarilishga taxminan 0,034% ni tashkil qiladi. Yer sirti yaqinida g r tezlanish ekvatordagi 9,78 m/c 2 qiymatdan qutbdagi 9,83 m/c 2 qiymatgacha o‘zgaradi. Bu birinchidan, markazdan qochma inersiya kuchini joyning geografik kenglikka bog‘liqligi va ikkinchidan, Yerni aylanish o‘qi bo‘ylab bir oz ezilganligi, ya’ni uni shar shaklida emasligi (Erning qutbdagi va ekvatordagi radiuslari mos holda R q =6357 km, R e =6378 km) bilan bog‘liq. O‘lchov sistemalarini tuzishda va barometrik hisoblashlarda qabul qilingan erkin tushish tezlanishining standart qiymati 9,80665 m/s 2 ga teng. 4. Erkin tushish tezlanishi deb, jismning faqat tortish maydoni ta’sirida sodir bo‘luvchi harakatga aytiladi. Yer bilan birga aylanayotgan noinersial sanoq sistemasida qayd qilinayotgan jismning erkin tushish tezlanishini (6.18) harakat tenglamasidan unga 0 = F r , mg I F q m tor = + . r va k I r ni (6.16) dagi ifodasini olib topishimiz mumkin. [ ] Ω + = r r V g a r 2 . Agar 0 = r V r bo‘lsa, g a r = r bo‘ladi. Demak, g vektori jismning nisbiy tezligi nol bo‘lgan momentda yer sanoq sistemasiga nisbatan o‘lchangan jismning erkin tushish tezlanishiga teng. Agar erkin tushayotgan jismning nisbiy tezligi 0 ≠ r V r bo‘lsa, uning Yerga nisbatan tezlanishi g r ga teng emas: 0 ≠ r a r . Lekin s m V r / 680 < r bo‘lgan tezliklarda g r va r a r qiymatlari 1% dan kam farq qiladi. Shuning uchun ko‘p hollarda Yerda joylashgan kuzatuvchi uchun jismning erkin tushish tezlanishi g r tezlanish bilan sodir bo‘ladi deb hisoblash mumkin. Shuningdek, erkin tushayotgan jismga Koriolis inersiya kuchining ta’sirini nisbatan kichik toyilish sifatida qarash mumkin. Mana, masalan, Koriolis inersiya kuchi ta’sirida erkin tushayotgan jism tik yo‘nalishdan, ya’ni mg R = r vektor yo‘nalishdan sharqqa tomon og‘adi. Yer sirtiga h balandlikdan boshlang‘ich tezliksiz erkin tushayotgan jism uchun bu og‘ish ϕ kenglikda ϕ сos g h h S 2 3 2 Ω = bo‘ladi. Masalan, agar h=100m va ϕ=45° bo‘lsa, S=1,55sm ni tashkil qiladi. 5. Tezlanish bilan harakatlanayotgan mexanik sistemalarda aniq bir sharoitda vaznsizlik holati amalga oshishi mumkin. Vaznsizlik deb, tortishish maydonida harakatlanayotgan mexanik sistemaning shunday holatiga aytiladiki, bunday holatda bu maydon sistema qismlarining bir- biriga o‘zaro bosimini va ularning deformasiyasini keltirib chiqarmaydi. Masalan, vaznsizlik holati Yerning gravitatsion maydonida erkin tushayotgan liftda yoki ishlamayotgan dvigateli bilan tortishish maydonida harakatlanayotgan kosmik 89 kemada yuzaga keladi. Bunday holat sun’iy yo‘ldoshlar va kosmik stansiyalar uchun ham taalluqlidir. Vaznsizlikda gravitatsion maydonining ta’siri, mexanik sistema inersiya kuchlari bilan muvozanatlashadi. 6.4-§. Ekvivalentlik prinsipi 1. Noinersial sanoq sistemasida jismlarga ta’sir etuvchi inersiya kuchlari bu jismlarning massalariga proporsionaldir va bir xil sharoitlarda bir xil nisbiy tezlanish beradi. Boshqacha so‘z bilan aytganda, tashqi ta’sirdan holi bo‘lgan barcha jismlar, agar ularning boshlang‘ich harakat shartlari bir xil bo‘lsa, «inersiya kuchlari maydonida» (ya’ni noinersial sanoq sistemasiga nisbatan) mutlaqo bir xil harakat qiladilar. Shunga o‘xshash qonuniyat gravitatsion maydon ta’sirida joylashgan inersial sistemaga nisbatan bo‘lgan harakatda ham kuzatiladi. Bu kuchlar inersiya kuchlariga o‘xshab maydonning har bir nuqtasida jismlarining massalariga proporsional bo‘lib, hamma jismlarga maydonning tekshirilayotgan nuqtasidagi maydon kuchlanganligiga teng bo‘lgan bir xil erkin tushish tezlanishi beradi. Masalan, vertikal’ yuqoriga a 0 =const tezlanish bilan harakatlanayotgan lift bilan bog‘langan sanoq sistemasida hamma erkin jismlar gravitatsion maydon bo‘lmaganda bir xil, 0 a a r r r − = nisbiy tezlanish bilan tushadi. O‘sha lift kuchlanganligi 0 a g r r r − = bo‘lgan, ya’ni vertikal yuqoriga yo‘nalgan bir jinsli gravitatsion maydonda tekis harakat qilayotgan bo‘lsa ham, undagi erkin jismlar o‘zini xuddi shunday tutadi. Shunday qilib, butunlay yopiq liftning ichida jismlarning erkin tushishi bo‘yicha o‘tkazilgan tajribalar asosida lift maydon kuchlanganligi r r a g r r = bo‘lgan gravitatsion maydonda tekis harakat qilayotganini (xususan, lift bu maydonda tinch turishi ham mumkin) yoki u tortishish maydoni bo‘lmaganda ham o‘zgarmas r e a a r r − = kuchma tezlanish bilan harakatlanayotganini aniqlab bo‘lmaydi. Eynshteyn ekvivalentlik prinsipini quyidagicha ta’riflab, ko‘rsatilgan qonuniyatni ixtiyoriy fizik jarayonlarga ham umumlashtirdi: Fazoning chegaralangan sohasidagi tortishish maydoni mos holda tanlab olingan noinersial sanoq sistemasidagi «inersiya kuchlari maydoniga» fizik jihatdan ekvivalentdir. Fazoning bu sohasining o‘lchami yetarlicha kichik bo‘lishi kerakki, uning chegarasida tortishish maydonini bir jinsli deb hisoblash mumkin bo‘lsin. Shuning uchun ko‘pincha Eynshteyn ekvivalentlik prinsipini lokal’ ekvivalentlik prinsipi ham deyiladi. 2. Ekvivalentlik prinsipini inersiya kuchlari bilan jismlar orasidagi noyutoncha tortishish kuchlarining aynan o‘xshashligining tasdiqlanishi sifatida tushunish kerak emas. Aslida jismlar hosil qilgan haqiqiy gravitatsion maydon kuchlanganligi bu jismlardan uzoqlashgan sari kamayib boradi va cheksizlikda nolga aylanadi. Inersiya kuchlariga «ekvivalent» bo‘lgan gravitatsion maydoni bu shartni qanoatlantirmaydi. Masalan, aylanuvchi sanoq sistemasida markazdan qochma inersiya kuchlariga «ekvivalent» bo‘lgan gravitatsion maydon kuchlanganligi bu sistemaning aylanish o‘qidan uzoqlashgan sari cheksiz ortadi. Ilgarilanma harakat qilayotgan noinersial sanoq sistemasidagi ko‘chma inersiya kuchlariga «ekvivalent» bo‘lgan maydon kuchlanganligi hamma joyda bir xil. Haqiqiy gravitatsion maydoni inersiya kuchlariga «ekvivalent» bo‘lgan maydondan farqli holda u noinersial sistemada qanday mavjud bo‘lsa, inersial sistemalarda ham shunday mavjud. Noinersial sanoq sistemasini hech qanday tanlash bilan haqiqiy gravitotsion maydonini to‘lig‘icha yo‘qotib, ya’ni «inersiya kuchlari maydoni» bilan butun 90 fazoni to‘ldirib bo‘lmaydi. Bu hech bo‘lmasa «inersiya kuchlari maydoni» bilan cheksizlikdagi haqiqiy gravitatsion maydonning har xilligidan kelib chiqadi. Gravitatsion maydonning bunday yo‘qotishni faqat lokal holda, ya’ni bu maydonni bir jinsli deb hisoblash mumkin bo‘lgan fazoning kichik sohasi uchun va maydonni doimiy deb hisoblash mumkin bo‘lgan vaqt oralig‘i uchun amalga oshirish mumkin. Bu operatsiyaga mos keluvchi noinersial sistema tekshirilayotgan haqiqiy gravitatsion maydon sohasida jismning erkin tushish tezlanishiga teng bo‘lgan ko‘chma tezlanish bilan harakatlanishi kerak. Gravitatsion maydonda o‘chirib qo‘yilgan dvigateli bilan erkin parvoz qilayotgan kosmik kemada tortishish kuchlari ko‘chma inersiya kuchi bilan to‘latiladi va jismlarning kemadagi nisbiy harakatini keltirib chiqarmaydi. SAVOLLAR: 1. Noinersial’ sanoq sistemalarida N’yuton qonunlarini qo‘llab bo‘lmasligini ko‘rsatuvchi misollar keltiring. 2. Nima uchun noinersial sanoq sistemalarda inersiya kuchlarini kiritish kerak va ular jismlar orasidagi odatdagi o‘zaro ta’sir kuchlaridan nima bilan farq qiladi ? 3. Nima uchun noinersial sistemalarda energiyaning saqlanish qonuni bajarilmaydi ? 4. Yer sanoq sistemasining noinersialligini belgilovchi sizga ma’lum hodisalarga tushuntirib bering. 5. Ekvivalentlik prinsipini tushuntiring va ta’riflang. 91 7-BOB ________________________________________________________________ MAXSUS NISBIYLIK NAZARIYASI ASOSLARI ________________________________________________________________________ 7.1-§. Galileyning mexanik nisbiylik prinsipi 1. N’yuton mexanikasida bir inersial sanoq sistemasi K(x, y, z, t) dan unga nisbatan doimiy V r tezlik bilan ilgarilanma harakat qilayotgan boshqa K ′(x′, y′, z′, t′) sanoq sistemasiga o‘tishda Galiley almashtirishlari deb ataluvchi koordinatalar va vaqt almashtirishlaridan foydalaniladi. Ular biz oldin 1.2-§ da eslatib o‘tgan vaqt va masofa oraliqlarining invariantligi haqidagi ikki aksiomaga asoslanadi. Birinchi aksiomadan hamma sanoq sistemalarida vaqt o‘tishining bir xil ekanligi, ikkinchisidan esa jism o‘lchamlarini ularning harakat tezligiga bog‘liq emasligi kelib chiqadi. Agar K va K ′ inersial sanoq sistemalari dekart koordinatasining o‘xshash o‘qlari bir-biriga o‘zaro parallel holda o‘tkazilsa va vaqtning boshlang‘ich momentida (t=t ′=0) ularning O va O′ koordinata boshlari bir-biri bilan ustma-ust tushsa (7.1-rasm), Galiley almashtirishlari quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi: x ′ = x - V x · t, y ′ = y - V y · t, z ′ = z - V z · t va t ′ = t (7.1) yoki t V r r ⋅ − = ' va t ′ = t . Bu yerda x, y, z va x ′, y′, z′ – M nuqtaning K (t vaqt momentidagi) va K′ (t′=t vaqt momentidagi) sanoq sistemalaridagi koordinatalari; r ′′′′ va r – M nuqtaning shu sanoq sistemalaridagi radius- vektorlari; V x , V y , V z – K ′ sistema tezligi V r ning K ′ K sistemadagi proeksiyalari. Odatda K ′ sistemaning koordinata o‘qlari OX o‘qining musbat yo‘nalishida harakatlanadigan qilib o‘tkaziladi (7.2-rasm). Bu holda Galiley almashtirishlari eng sodda ko‘rinishni oladi: x ′=x – vt, y′ = y, z′ = z, t′ = t . (7.2) 2. Galiley almashtirishlari (7.1) dan ixtiyoriy M nuqta tezligini K inersial sanoq sistemasidan (nuqta tezligi dtv r d / r = ) boshqa K ′ (o‘sha nuqtaning tezligi dt r d V / r r = v ′=dr/dt) sistemaga o‘tkazish uchun quyidagi almashtirish qonuni kelib chiqadi: V r r r − = ′ v v . (7.3) Tezliklarning koordinata o‘qlaridagi proeksiyalari ham mos ravishda almashadilar: z z z y y y x x x υ υ υ υ υ υ υ υ υ − = − − − = ' , ' , ' (7.3 ′) Hususan, K ′ sistema OX o‘qning musbat yo‘nalishida harakatlanganda (7.2 – rasm). X Z' Z X' 7.1-rasm V M r' r Y K' Y' K Vt 0' 0 92 z z y y x x V υ υ υ υ υ υ = ′ = ′ − = ′ ′ ′ ′ , , . (7.4) bo‘ladi. M nuqtaning tezlanishi K(a=dv/dt) va K ′(a′=dv′/dt′ ) sanoq sistemalarida bir xil: a ′ = a. Demak, moddiy nuqtaning tezlanishi inersial sanoq sistemasining tanlanishiga bog‘liq emas – u Galiley almashtirishlariga nisbatan invariantdir. 3. Moddiy nuqtalarning o‘zaro ta’sir kuchlari faqat ularning o‘zaro joylashishiga va bir – biriga nisbatan harakat tezligiga bog‘liq. Qandaydir ikkita 1 va 2 nuqtaning o‘zaro joylashishi bu nuqtalarning radius – vektorlarining ayirmasiga teng vektor bilan, ya’ni K sanoq sistemasida r 21 = r 2 - r 1 , K ′ sistemada esa 1 2 21 r r r ′ − ′ = ′ , vektor bilan xarakterlanadi. Galiley almashtirishlaridan 21 r′ =r 21 bo‘lishi kelib chiqadi. Shuning uchun 1 va 2 nuqtalar orasidagi masofa K va K ′ sistemalarda bir xil: r ′ 2I = r 21 , ya’ni 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( z z y y x x z z y y x x − + − + − = ′ − ′ + ′ − ′ + ′ − ′ . 2 nuqtaning 1 nuqtaga nisbatan harakat tezligi bu nuqtalarning tezliklari farqiga teng: V 2 – V 1 (K sistemada) va V ′ 2 –V ′ 1 (K ′ sistemada). Galiley almashtirishlaridan V′ 2 – V ′ 1 = V 2 – V 1 bo‘lishi kelib chiqadi. Xullas, har qanday ikki moddiy nuqtaning o‘zaro joylashishi va nisbiy harakat tezligi inersial sanoq sistemasining tanlanishiga bog‘liq emas – ular Galiley almashtirishlariga nisbatan invariant. Shuningdek, moddiy nuqtaga ta’sir etuvchi kuchlar ham Galiley almashtirishlariga nisbatan invariantdir: F ′=F. 4. N’yutonning ikkinchi va uchinchi qonunlarini ifodalovchi tenglamalar ham Galiley almashtirishlariga nisbatan invariant, ya’ni K inersial sanoq sistemasidagi fazo va vaqtni boshqa – K ′ sistemadagi fazo va vaqtga almashtirganda o‘zining ko‘rinishini o‘zgartirmaydi: ma = F, F ki = − F ik (K sistemada) m ′a′ = F′, F′ ki = − F ′ ki (K ′ sistemada), bu yerda m ′=m – ko‘rilayotgan moddiy nuqtaning massasi bo‘lib, u hamma sistemalarda bir xil. Shunday qilib, N’yuton mexanikasida nisbiylikning mexanik prinsipi (Galiley Download 5.01 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling