A. A. Detlaf, B. M. Yavorskiy fizika kursi
Download 5.01 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 3.4.- §. Mexanik energiyaning o‘zgarish qonuni 1.
- Eyler usulidan
- 1 s davomidagi suyuqlik massasining sarfi . (3.41) munosabatni uzluksizlik tenglamasi
- 1 sekunddagi hajmiy sarf
- 4-BOB _________________________________________________________________________ AYLANMA HARAKAT KINEMATIKASI VA DINAMIKASI
§ 12.1 ga qarang).
4-misol. Elastik deformasiyalanuvchi jism potensial energiyasi. Elastik jism deformasiyasida jism deformasiyasiga qarshilik ko‘rsatuvchi va elastiklik kuchi deb ataluvchi ichki kuch yuzaga keladi. Jismni (masalan, prujinani OX o‘qi bo‘ylab) bo‘ylama cho‘zilish yoki qisilishdagi elastiklik kuchi Guk qonuniga bo‘ysunadi: i kx F r r − = , (3.33) bunda k – jismning elastiklik xususiyatini xarakterlovchi doimiy musbat koeffitsient; i x r – deformasiya vektori ( OX i − r o‘qining orti, x=0 koordinata deformasiyalanmagan holatga mos keladi). (3.33) elastiklik kuchi – potensial kuchdir, chunki 3.5-rasm F 12 F 21 r 2 r 1 0 1 2 ρρρρ 48 ( ) ( ) ( ) 0 = − = = ∫ ∫ ∫ dx x k dx F r d F L L x L r r . Deformasiyalanmagan, ya’ni 0 = x da elastik jismning potensial energiyasi nolga teng deb, elastik deformasiyalangan jismning potensial energiyasini topamiz: 2 , 2 0 kx dx x k W kxdx dW x p p = = = ∫ . (3.34) 3.4.- §. Mexanik energiyaning o‘zgarish qonuni 1. n ta moddiy nuqtadan tashkil topgan ixtiyoriy mexanik sistemani qaraymiz. Uning kinetik energiyasi W k ni (3.13) formula bilan ifodalanadi, sistemaning kichik ko‘chishida bu energiyaning o‘zgarishi esa hamma tashqi va ichki kuchlar sodir qiladigan ishlarning yig‘indisiga teng: ∑ = = n i i к A dW 1 δ . (3.35) Sistemaning i–nchi moddiy nuqtasiga qo‘yilgan hamma kuchlarning δA i elementar ishlarining yig‘indisini ikki qismga ajratish qulay: НПК i ПК i i A A А δ δ δ + = , bunda ПK i A δ va НПК i A δ - i-nchi moddiy nuqtadagi mos ravishda hamma potensial va hamma nopotensial kuchlarning bajargan elementar ishlarining yig‘indisi. U holda НПК i ПК i n i к A A W δ δ δ + = ∑ =1 , (3.36) bunda НПК i n i НПК A A δ δ ∑ = = 1 - sistemaga ta’sir etuvchi hamma nopotensial kuchlarning natijaviy ishi. 2. Sistema potensial energiyasi W p ni aniqlashdan (3.18) ga muvofiq, dt t W dW A P P n i ПK i ∂ ∂ + − = ∑ =1 δ . Bu munosabatni (3.36) ga qo‘yib, dt t W А dW dW P NP К P к ∂ ∂ + = + δ yoki dt t W А dW P NP К ∂ ∂ + = δ , (3.37) bunda W = W k + W p . (3.38) W kattalik sistema potensial va kinetik energiyalarining yig‘indisiga teng bo‘lib, uni stistemaning mexanik (to‘liq mexanik) energiyasi deyiladi. (3.37) tenglama mexanik energiyaning o‘zgarish qonunini ifodalaydi: sistemaning mexanik energiyasini o‘zgarishi sistemaga ta’sir etayotgan hamma nopotensial kuchlarning ishlarini algebraik yig‘indisiga va ko‘rilayotgan vaqt oralig‘ida sistema potensial energiyasining o‘zgarishiga, o‘zaro bog‘liq noturg‘un tashqi potensial kuchga teng. 3. Agar sistema berk bo‘lsa, u holda uning mexanik energiyasini o‘zgarishi faqat 49 unga ta’sir etuvchi nopotensial kuchlarga bog‘liq bo‘ladi: dW = δ A NPK . (3.39) Xususan dissipativ kuchning ishi doimo manfiy (masalan, ishqalanish kuchining harakatida). Shuning uchun berk sistemaga birdan-bir faqat dissipativ kuch ta’sir etsa bu sistemaning mexanik energiyasini sekin-asta kamayishiga olib keladi. Bunday jarayonni energiya dissipatsiyasi deyiladi, dissipativ kuch ta’sir etayotgan sistemani o‘zini, - dissipativ sistema deyiladi. Energiya dissipatsiyasida sistemaning mexanik energiyasi boshqa ko‘rinishda energiyalarga aylanishi ro‘y beradi (masalan, sistemani tashkil qilgan molekulalarning tartibsiz issiqlik harakati energiyasi). 3.5. -§. Uzluksizlik va Bernulli tenglamalari 1. Mexanikaning suyuq muhit harakatining qonunlarini va uning shu oqayotgan muhitdagi bo‘limi gidrodinamika deyiladi. Suyuqlikning harakatini oqish deyilib, harakatlanuvchi suyuqlikning o‘zini oqim deyiladi. Gidrodinamikada suyuqlikning molekulyar tuzilishidan boshqacharoq, uni oqim chegarasida to‘xtovsiz taqsimlanuvchi xuddi uzluksiz muhit deb qaraladi. Bunda muhitning zarrasi sifatida o‘lchami molekulalararo masofadan ko‘p marta katta bo‘lgan muhitning fizik jihatdan kichik hajm elementi tushuniladi. Biroq bu element chegarasida oqimning barcha parametrlari (oqim tezligi, bosim va boshqalar) hamma joyda bir xil deb hisoblash mumkin. Molekulalar orasidagi masofa shunchalar kichikki (10 -10 m tartibida), suyuq muhitning qismlarini taxminan nuqtaviy deb qaraladi. Odatda, suyuqlik zichligi bosimga bog‘liq emas. Shuning uchun gidrodinamikada suyuqlikni siqilmas muhit deb hisoblanadi, uning zichligi esa bir xil temperaturada oqimning barcha nuqtalarida bir xil deb olinadi, umuman aytganda suyuqliklardan farqli gazlarni siqilmas deb bo‘lmaydi, chunki gazlarda o‘zgarmas temperaturada uning zichligi bosimga proporsional. Lekin, hisoblashlar ko‘rsatadiki, gazning siqiluvchanligini uncha katta bo‘lmagan oqim tezliklarilda hisobga olmaslik mumkin (masalan, tezlik υ ≤ 100 m/s da havoning siqiluvchanligini e’tiborga olmaslik 5% dan ortmaydigan xatolikka olib keladi). Suyuqlik oqimini kinematik tavsiflash uchun ko‘proq Eyler usulidan: berilgan suyuqlikning v r tezlik maydoni tushunchasidan foydalanamiz, ya’ni v r ning oqimdagi ko‘rilayotgan nuqtaning r r radius-vektoriga va vaqtga bog‘liqligi: ( ) t r , r r r v v = . Oqimning barqarorlashgan (statsionar) holatida v r tezlik aniq vaqtga bog‘liq emas, ya’ni 0 = ∂ ∂ t v r . Oqim chizig‘i deb, suyuqlik ichidagi shunday hayoliy chiziqqa aytiladiki, uning har bir nuqtasiga o‘tkazilgan urinma chiziq urinish nuqtasi orqali o‘tayotgan suyuqlik tezlik vektori v r ning yo‘nalishiga mos tushadi. Oqim chiziqlari tashkil qilgan berk konturning hamma nuqtalari orqali o‘tkazilgan sirt oqim nayi deyiladi. Oqim nayi bilan chegaralangan oqim nayi ichidagi suyuqlik sharra deyiladi. Vaqt o‘tishi bilan barqarorlashgan holatida suyuqlikning oqim nayidagi harakati o‘zgarmaydi va suyuqlik zarralari o‘taolmaydigan to‘siq atrofida zarralar tezliklari unga urinma bo‘ylab yo‘nalgan bo‘ladi. Shunday qilib, barqarorlashgan oqimda suyuqlik zarralari shunday harakatlanadiki, ular har doim aniq bir sharra chegarasida qoladi. 2. Real suyuqliklardagi oqim murakkablashadi, alohida olingan suyuqlik qatlamlari 50 orasida ichki ishqalanish yuzaga keladi. Lekin ko‘p hollarda ichki ishqalanish ta’siri kichik bo‘lgani uchun uni hisobga olmasa ham bo‘ladi. Ichki ishqalish kuchi bo‘lmagan suyuqlikni ideal suyuqlik deyiladi. Tajribalar ko‘rsatadiki, qisqa va yetarlicha keng quvur va kanallardagi suyuqlikning oqimi, shuningdek, yaxshi (suyri) oquvchanlik shakliga ega bo‘lgan (masalan, samolyot qanoti) qattiq jismning suyuqliklardagi harakatida, bevosita truba, kanal va suyri jism yuzalariga tegib turuvchi ichki ishqalanish ta’siri faqat suyuqlikning nisbatan yupqa chegaraviy qatlamida ro‘y beradi. Real suyuqlikning chegara qatlamda bo‘lmagan oqimi ideal suyuqlik oqimidan hech qanday farq qilmaydi. Shuning uchun ideal suyuqlik harakatini o‘rganib real suyuqlik oqimiga qo‘llaniladigan ma’lum yaqinlaShuvdan ko‘pgina qonuniyatlarni keltirib chiqarish mumkin. Yopishqoqligi kichik suyuqliklar uchun bu yaqinlaShuv yanada ham aniqroqdir. Ko‘p suyuqliklar yopishqoqligi (masalan, suv, spirt va boshqalar) oddiy sharoitda nisbatan katta emas, gazning yopishqoqligini umuman hisobga olmasa ham bo‘ladi. 3. Yuzasi ds 1 va ds 2 bo‘lgan ikkita 1 va 2 normal kesim bilan chegaralangan ixtiyoriy tanlab olingan suyuqlikning elementar qismidagi sharrani ko‘ramiz (3.6-rasm). Bu kesimlardagi suyuqlik tezliklarini v 1 va v 2 lar bilan belgilaymiz (tezliklar 3.6-rasmda ko‘rsatilmagan). Barqarorlashgan oqimda 1 va 2 kesim oralig‘idagi suyuqlik sharrasi qismining massasi vaqt o‘tishi bilan o‘zgarmaydi. Shunday qilib, massaning saqlanish qonuniga asosan kesim 1 orqali sharraning ko‘rilayotgan qismidan 1 sekundda o‘tuvchi suyuqlik massasi dm 1 = ρϑ 1 ds 1 kesim 2 orqali 1 sekundda o‘sha qismdan o‘tuvchi suyuqlik massasi dm 2 = ρ 2 υ ds 2 ga teng: ρ 1 υ ds 1 = ρ 2 υ ds 2 . (3.40) 1 va 2 kesimlarni mutlaqo ixtiyoriy tanlash mumkin. Shuning uchun ρ υ ds = dm sek = const (3.41) bu yerda ρ va υ - lar ds yuzali ixtiyoriy ko‘ndalang kesimdagi suyuqlikning zichligi va tezligi; dm sek – butun oqim bo‘ylab doimiy, 1 s davomidagi suyuqlik massasining sarfi. (3.41) munosabatni uzluksizlik tenglamasi deyiladi. Bu munosabat faqat siqilmas yaxlit muhit-suyuqlik uchungina to‘g‘ri bo‘lmay, shuningdek oqim bo‘ylab zichligi o‘zgarib boruvchi gazlar uchun ham to‘g‘ridir. dV sek = ρ ds – kattalikni 1 sekunddagi hajmiy sarf deyiladi. dm sek va dV sek – 1 sekunddagi sarflarni kichik ko‘ndalang ds kesimli elementar sharracha uchun topganimiz. Oxirgi o‘lchamdagi sharra uchun massa va hajmiy sarfni sharra ko‘ndalang kesimining butun yuzasi bo‘yicha dm sek va dV sek larni integrallash yo‘li bilan topiladi: ∫ = s сек ds m 0 υ ρ va ∫ = s сек ds V 0 υ (3.42) Agar ρ va υ - lar sharraning ko‘ndalang kesimini hamma nuqtalarida bir xil bo‘lsa, u holda m sek = ρ υ s va V sek = υ s . 4. Endi barqarorlashgan oqimdagi ideal suyuqlik uchun moslab mexanik energiya o‘zgarishi qonunining formulasini topamiz. Farazan suyuqlikni qismlarga ajratamiz, ya’ni t vaqt momentida 1 va 2 normal kesimlar bilan chegaralangan elementar sharra qismi suyuqlik bilan to‘lsin (3.6-rasm). t + dt vaqtda suyuqlikning bu qismi sharra bo‘ylab, oqim dF 1 h 1 1 1' V 1 dt dS 1 dS 2 V 2 dt dF 2 2 2 h 2 3.6-rasm 51 yo‘nalishida joylashadi, u 3.6-rasmda strelka bilan ko‘rsatilgan va 1 ′ va 2′ kesim oralig‘ida bo‘ladi. Suyuqlikka faqat og‘irlik kuchi va bosim ta’sir qiladi. Shuning uchun mexanik energiyaning o‘zgarish qonuni (3.37) ga asosan dW k + dW P = δ A (3.43) ga ega bo‘lamiz. Bu yerda δ A – bosim kuchining ishi; dW k va dW P – suyuqlikning ko‘rilayotgan qismida kinetik va potensial energiyaning o‘zgarishi. Sharraning yon sirtiga qo‘yilgan bosim kuchi nolga teng, chunki bu kuchlar suyuqlik oqim yo‘nalishiga tik yo‘nalgan. Shuning uchun δ A ish ko‘ndalang kesim yuzalari mos holda ds 1 va ds 2 bo‘lgan yuzalarga ta’sir etuvchi dF 1 va dF 2 bosim kuchlari ishining farqiga teng: ( ) dt dS P P dt dS P dt dS P A 1 1 2 1 2 2 2 1 1 υ υ δ − = − = , (3.44) bu yerda p 1 va p 2 – 1 va 2 kesimlardagi bosimlar; 1 υ va 2 υ – suyuqlikning bu kesimlardagi oqim tezligi, vaholanki, siqilmaydigan suyuqliklar uchun (3.41) uzluksizlik tenglamasidan 1 υ ds 1 = 2 υ ds 2 bo‘lishi kelib chiqadi. Suyuqlik oqimi barqarorlashgan, shuning uchun 1 ′ va 2 kesimlar orasidagi sharra hajmida hech qanday o‘zgarish yuz bermaydi deyish mumkin. Bu sohada suyuqlik energiyasi ham oldingidek qoladi. Bunda dastlab 1 va 1 ′ kesimlar orasida bo‘lgan dm suyuqlik massasi go‘yoki, 2 va 2 ′ kesimlar orasiga yangi holatga olib kelinganday bo‘ladi. Shuning uchun suyuqlikni 1 - 2 holatdan, yangi 1 ′ - 2′ holatga siljishida butun suyuqlikning kinetik va potensial energiyasining o‘zgarishi ( ) 2 1 2 2 2 υ υ − = dm dW к , ( ) 1 2 h h dmg dW П − = (3.45) bo‘ladi. Bu yerda dm= ρ 1 υ ds 1 = ρ 2 υ ds 2 ; h 1 va h 2 – qandaydir shartli gorizontal sathdan sharraning 1, 1` va 2, 2` kesimlari orasidagi suyuqlik hajm elementi og‘irlik markazigacha bo‘lgan vertikal masofalar. Bu elementlarning kichikligi tufayli, h 1 va h 2 - balandliklarni shartli sathdan kesimlar o‘zining og‘irlik markazi balandliklari deb hisoblash mumkin. δ A , dW k , va dW P kattaliklarning (3.44) formuladagi qiymatlarini (3.43) formulaga qo‘yib ( ) ( ) ( ) dt ds p p dm h h g dm 1 1 2 1 1 2 2 1 2 2 2 / 1 υ υ υ − = − + − natijani yoki ϑ 1 ds 1 dt = dm/ ρ ga qisqartirib va sodda almashtirishlardan so‘ng 2 2 2 2 1 1 2 1 2 / 2 / gh p gh p ρ ρυ ρ ρυ + + = + + (3.46) formulani olamiz. 1 va 2 kesimlar mutlaqo ixtiyoriy tanlangan. Demak, (3.46) tenglamani quyidagi shaklda yozish mumkin: соnst gh p = + + ρ ρυ 2 2 (3.47) Bu tenglama Bernulli tenglamasi deyiladi. Bu tenglama, uning keltirib chiqarilishidan ko‘rinadiki, siqilmaydigan ideal suyuqlikning barqarorlashgan oqimi uchun mexanik energiyaning o‘zgarish qonuni ifodasidir. Gorizontal sharra holida (masalan, suyuqlik gorizontal quvurda oqqanda) h kattalik o‘zgarmas bo‘ladi va Bernulli tenglamasi yanada sodda ko‘rinishni oladi: 52 const p = + 2 2 v ρ (3.48) R kattalik statik bosim, ρ 2 υ /2 – tezlikli bosim, R+ ρ 2 υ /2 – to‘liq bosim deyiladi. Statik bosim suyuqlikni quvur devorlariga bergan bosimiga teng. SAVOLLAR: 1. Kuchlarning kichik va katta siljishidagi ishi qanday ifodalanadi? Qattiq jismlarni siljishida ichki kuchlarning ishi nolga tengligini ko‘rsating. 2. Sistemaning kinetik energiyasi bilan sistemaga ta’sir etuvchi kuchning ishi orasidagi bog‘lanishni toping. 3. Mexanik sistemaning potensial energiyasi nimalarga bog‘liq? Moddiy nuqtaga ta’sir etuvchi potensial kuchlar bilan shu moddiy nuqtaning potensial energiyasi orasida qanday bog‘lanish bor? 4. Markaziy kuchlar maydonidagi moddiy nuqtaning potensial energiyasi uchun ifodani keltirib chiqaring. 5. Sistema mexanik energiyasining o‘zgarish qonunini keltirib chiqaring va u yordamida Bernulli tenglamasini hosil qiling. 53 4-BOB _________________________________________________________________________ AYLANMA HARAKAT KINEMATIKASI VA DINAMIKASI __________________________________________________________________ § 4.1. Qattiq jism aylanma harakati kinematikasi 1. Qattiq jismning, u bilan mustahkam bog‘langan AB to‘g‘ri chiziqning hamma nuqtalari qo‘zg‘almasdan qoladigan harakatiga jismning AB qo‘zg‘almas o‘q atrofida aylanishi deyiladi. AB to‘g‘ri chiziq jismning aylanish o‘qi deyiladi. Aytaylik D, qo‘zg‘almas AB o‘q atrofida aylanuvchi qattiq jismning ixtiyoriy nuqtasi bo‘lsin. Jism qattiq bo‘lgani uchun (mutlaq qattiq), uning aylanishida AB, AD va BD masofalar o‘zgarishsiz qoladi. Demak, jismning D nuqtasi markazi aylanish o‘qida yotgan, tekisligi esa unga tik bo‘lgan aylana bo‘ylab harakatlanadi. Qo‘zg‘almas o‘q atrofida aylanuvchi jism bitta erkinlik darajasiga ega. Uning fazodagi holati bu jismning qandaydir shartli tanlangan boshlang‘ich holatining aylanish o‘qi atrofida burilish burchagining qiymati bilan to‘liq aniqlanadi. Jismning ko‘rilayotgan nuqtasi aylanish o‘qidan qancha uzoqda tursa, bir xil dt vaqt oralig‘ida u shuncha ko‘p ds yo‘ln i o‘tadi. Bunga muvofiq ravishda uning υ=ds/dt tezligi ham shuncha katta bo‘ladi. Shuning uchun jismning aylanma harakatini tasvirlash uchun kinematikaning nuqta, siljish, bosib o‘tilgan yo‘l, nuqtaning tezligi va tezlanishi tushunchalaridan foydalanish noqulay. Bunday holda kichik dt vaqt oralig‘ida butun jismning siljishini o‘lchovi sifatida jismning elementar burilish vektori ϕ r d xizmat qiladi. U moduli bo‘yicha dt vaqt ichida jismning o‘q atrofida burilish burchagi d ϕ ga teng va o‘ng parma qoidasi bo‘yicha aylanish o‘qi bo‘ylab yo‘nalgan: ϕ r d vektorning uchidan qaralganda jismning burilishi soat strelkasi yurishiga teskari sodir bo‘layotgani ko‘rinadi. * * O‘ng emas, balki chap koordinat sistemasidan foydalanilgan holda ϕ r d vektori aylanish o‘qi bo‘ylab teskari tomonga yo‘naladi, ya’ni bunda uni uchidan qaralganda jismning burilishi soat strelkasi yo‘nalishda sodir bo‘layotgan bo‘lib ko‘rinadi. Matematikada o‘ng koordinat sistemasidan chapiga o‘tganda o‘zining yo‘nalishini saqlaydigan odatdagi qutbli vektorlardan farqli ravishda, ko‘rsatilgan koordinata almashtirishlarda o‘z yo‘nalishini o‘zgartiruvchi vektorlar, psedovektorlar yoki aksial’ 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