Mühazirə kursu Азярбайжан Республикасы Тящсил Назирлийинин
və bərabərsürətli hərəkət edəcək ya da sükunətdə qalacaq
Download 2.86 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 3. Reaktiv hərəkət .
- Siolkovski düsturu
- 4. Qüvvə momenti və impuls momenti.
- Qapalı sistemin maddi nöqtələrinin impuls momenti sabit qalır.
- Konservativ və qeyri konservativ qüvvələr. 1. Mərkəzi sahədə hərəkət .
- 2. Kepler qanunları.
- 2. Planetin radius-vektoru bərabər zamanlarda eyni sahələr cızır.
- 3. Planetlərin Günəş ətrafında fırlanma periodlarının kvadratları nisbəti onların böyük yarımoxlarının kubları
və bərabərsürətli hərəkət edəcək ya da sükunətdə qalacaq. Kütlə mərkəzi hansı hesablama sisteminə nisbətən sükunətdədirsə o kütlə mərkəzi sistemi adlanır. Bu sistem inersial sistemdir. 3. Reaktiv hərəkət. Bir sıra hallarda maddi nöqtənin hərəkətinin trayektoriya və zaman xarakteristikalarını Nyutonun ikinci qanunu olmadan da müəyyən etmək olar. Buna, cismin ümumi kütləsinin müəyyən hissəsinin hər hansı istiqamətdə atılması hesabına həyata keçirilən reaktiv hərəkəti misal göstərə bilərik. Məsələn, kosmik gəmilər, raketlər və reaktiv mərmilər belə hərəkət edirlər. Yerin və digər planetlərin təsirinin nəzərə alınmadığı uzaq kosmosda raketin ən sadə hərəkətinə baxaq. Hərəkət haqqında hər bir məsələnin həlli hesablama sisteminin seçilməsindən başlayır. Günəşlə və ya hər hansı ulduzla bağlı inersial hesablama sistemi seçək. Şəkil 4.1.a-da müəyyən t anında tam kütləsi m(t), dekart koordinat sistemində x oxunun müsbət istiqaməti boyunca yönəlmiş sürəti v(t) olan raketin sxematik təsviri göstərilmişdir. Fərz edilir ki, yanacaq (yanan qaz şəklində) raketin arxa hissəsindən elə atılır ki, raket və atılan yanacaq x oxu ilə üst-üstə düşən bir düz xətt boyunca hərəkət edirlər. Yanacağın raketin korpusundan atılma sürəti v nis 50 raketin konstruksiya xüsusiyyətləri ilə təyin edildiyindən və yanacağın tipindən, soplonın formasından, yanacağın soploda yanma temperaturundan asılı olduğu üçün onu məlum hesab edəcək və fərz edəcəyik ki, uçuş zamanı bu sürət v nis sabit qalır. Məqsədimiz raketin hərəkət qanunu, onun sürətinin və tam kütləsinin dəyişmə qanununu tapmaqdır. Fərz edək ki, qurğu elə konstruksiya edilib ki, uçuş zamanı dayanıqlı hərəkət edir və ona maddi nöqtə kimi baxmaq olar. Belə olduqda bu hərəkətə impulsun saxlanma qanununu tətbiq edə bilərik. Digər cisimlərin təsirini nəzərə almasaq atılan yanacaq və raket qapalı sistem təşkil edirlər. Bu cür sistemin tam impulsu zamana görə dəyişmir. Fərz edək ki, t müddətində kütlə və sürət m ( m kəmiyyəti mənfidir) və v artımı almışlar (bax şəkil 4.1.b.). Şəkil 4.1 İmpulsun saxlanma qanununa görə raketin və yanacağın yekun impulsu t və t+ t zaman anlarında eynidir, yəni mv=(m+ m)(v+ v) + m qaz v qaz (4.15) Əgər t zaman fasiləsi və onunla birlikdə m və v artımları sıfıra yaxınlaşsa, m v hasilinin digər hədlərlə müqayisədə kiçik olduğu, həmçinin kütlə saxlanıldığı üçün ( m + m qaz =0) (4.15) ifadəsi aşağıdakı şəkili alar: m dm d nis (4.16) Bu ifadə sonsuz kiçik kəmiyyətlər arasındakı əlaqəni göstərir. Raketin ölçülə bilən sonlu sürəti və kütləsi arasındakı əlaqəni almaq üçün bərabərliyin sağ və sol tərəfini inteqrallamaq lazımdır. m dm d nis Inteqrallama qaydasından istifadə etsək alarıq C m nis ln C inteqral sabiti başlanğıc şərtlərlə təyin edilir. Fərz edək ki, başlanğıc anda raketin sürəti sıfır, kütləsi isə m 0 bərabərdir. Onda C m nis 0 ln 0 Burada 0 ln m C nis . Beləliklə, ) / ln( 0 m m nis və ya ) / exp( / 0 nis m m (4.17) Bu ifadə Siolkovski düsturu adlanır. Siolkovski ifadəsi raketə müəyyən v sürəti vermək üçün lazım olan yanacaq ehtiyatını hesablamağa imkan verir. Müasir raket qurğularında v nis =2 km/san olduğunu nəzərə alsaq raketin v=8 km/san sürət alması üçün m 0 /m=54,6 olmalıdır. Bu da o deməkdir ki, raketin kütləsinin təxminən 98% -i yanacağa sərf olunur. 4. Qüvvə momenti və impuls momenti. Fərz edək ki, O nöqtəsi inersial hesablama sistemində hər hansı hərəkətsiz nöqtədir. Bu nöqtədən F qüvvəsinin A tətbiq nöqtəsinə çəkilmiş radius-vektoru r ilə işarə edək (şəkil 4.2). r radius vektorunun F qüvvəsinə vektori hasili F qüvvəsinin O nöqtəsinə nəzərən momenti adlanır: F r M , sin rF M (4.18) 52 - r və F vektorları arasındakı bucaqdır; M -in istiqaməti elə seçilir ki, r , F , M vektorlarının ardıcıllğı sağ vint sistemini əmələ gətirsinlər, yəni M vektoru boyunca baxdıqda (4.18) ifadəsində birinci vuruqdan ikinci vuruğa ən qısa yolla dönmə saat əqrəbi boyunca həyata keçirilir. Beləliklə, dəstəyi r -dən F -ə doğru ən qısa yolla fırlanan sağ burğunun irəliləmə hərəkəti M -in istiqaməti ilə üst-üstə düşür. Şəkil 4.2 Bir neçə qüvvənin sükunətdə olan nöqtəyə nəzərən M momenti bu qüvvələrin həmin nöqtəyə nəzərən momentlərinin vektori cəmidir n i i i F r M 1 (4.19) Iki qiymətcə bərabər, əks istiqamətlərə yönəlmiş, paralel 1 F və 2 F qüvvələr halına baxaq. Bu cür qüvvələr cüt qüvvələr əmələ gətirirlər. Bu halda 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 F r r F r r F r F r M yəni, cüt qüvvənin momenti, bu qüvvələrdən birinin digərinin tətbiq nöqtəsinə nəzərən momentinə bərabərdir. Aydındır ki, cüt qüvvənin momenti O nöqtəsinin seçilməsindən asılı deyil. Xüsusi halda, əgər qiymətcə bərabər, istiqamətcə əks yönəlmiş 1 F və 2 F qüvvələri eyni bir düz xətt boyunca yönəlmişlərsə, onda onlar 1 2 r r vektoru ilə kollineardırlar və buna görə də bu cür cüt qüvvələrin momenti sıfra bərabərdir. r radius vektorun p impulsuna vektori hasili maddi nöqtənin O nöqtəsinə nəzərən impuls momenti adlanır: p r L (4.20) n maddi nöqtədən ibarət sistemin ixtiyarı O nöqtəsinə nəzərən impuls momenti, bu maddi nöqtələrin həmin ixtiyarı nöqtəyə nəzərən impuls momentlərinin vektori cəminə bərabərdir: n i i i p r L 1 (4.21) 5. Momentlər tənliyi. Fərz edək ki, O nöqtəsi hərəkətsizdir. Bir maddi nöqtə halında (4.20)-ni differesiallayaraq alarıq dt p d r p dt r d dt L d / / / . O nöqtəsi hərəkətsiz olduqda V vektoru dt r d / -ə bərabər olub p -yə paraleldir və buna görə də 0 / p dt r d . Bundan əlavə F dt p d / . Beləliklə, M dt L d / (4.22) Bu bir maddi nöqtə üçün momentlər tənliyidir. Onu maddi nöqtələr sisteminə də aid etmək olar. Bunun üçün (4.22) tənliyini mexaniki sistemin hər bir nöqtəsi üçün yazaq. M- dedikdə ona təsir edən bütün, həm daxili, həm də xarici qüvvələrin momentləri başa düşülür. Sonra bu tənlikləri toplayaq. Daxili qüvvələr sistemə cüt cüt daxil olur, həmçinin ki ik F F (burada ik F - k-cı maddi nöqtənin i-ci nöqtəyə təsir qüvvəsidir). Bundan əlavə bu ik F və ki F qüvvələri bir düz xətt boyunca təsir edirlər. Bu cür iki qüvvənin momenti, deməli bütün daxili qüvvələrin momentləri sıfra bərabərdir. Nəticədə maddi nöqtələr sistemi üçün yenə (4.22) formasında momentlər 54 tənliyi alınacaq. Lakin burada L (4.21) ifadəsi ilə, M isə (4.19) ifadəsi ilə təyin ediləcək xarici M dt L d / (4.23) Mexaniki sistemin oxa nəzərən qüvvə momenti, baxılan ox üzərində seçilmiş (şəkil 4.3) ixtiyarı nöqtəyə nisbətən sistemin qüvvə momenti vektorunun bu oxa nəzərən proyeksiyasına deyilir. Uyğun olaraq oxa nəzərən impuls momenti, verilmiş ox üzərindəki ixtiyarı nöqtəyə nəzərən impuls momenti vektorunun bu oxa proyeksiyasına deyilir. Isbat etmək olar ki, ox üzərində nöqtənin seçilməsi L və M momentlərinin qiymətinə təsir etsə də, momentlərin bu oxa proyeksiyalarının uyğun qiymətinə təsir etmir. Əgər düzbucaqlı koordinat sistemindən istifadə etsək: ; / xarici x x M dt dL ; / xarici y y M dt dL ; / xarici z z M dt dL (4.24) Şəkil 4.3 6. Impuls momentinin saxlanması qanunu. Əgər sistem qapalıdırsa, yəni xarici qüvvələr yoxsa onda 0 xarici M və beləliklə, (4.23)-ə əsasən L vektoru zamana görə dəyişmir, yəni const L . Buradan impuls momentinin saxlanılması qanunu alınır: Qapalı sistemin maddi nöqtələrinin impuls momenti sabit qalır. Əgər xarici qüvvələrin momentlərinin cəmi sıfra bərabərdirsə onda qapalı olmayan sistemin impuls momenti də saxlanılır. Impuls momentinin saxlanılması qanununun əsasında fəzanın izotropluğu (yəni bütün istiqamətlərdə fəzanın xassələrinin eyniliyi) durur. Sistemin hissəciklərinin qarşılıqlı vəziyyətini və nisbi sürətini dəyişmədən qapalı sistemin döndərilməsi sistemin mexaniki xassələrini dəyişmir. Dönmədən sonra hissəciklərin hərəkəti dönmə baş vermədiyi halda olduğu kimi qalacaqdır. Impulsun və enerjinin saxlanılması qanunu ilə yanaşı, impuls momentinin saxlanılması qanunu da fizikanın fundamental qanunlarından biridir. İmpuls momentinin saxlanılması qanununa mexanikanın teoremi kimi deyi, təcürbi faktların ümumiləşməsi olan müstəqil ümumfiziki prinsip kimi baxılmalıdır. 56 MÜHAZIRƏ 5 Mərkəzi sahədə hərəkət. Konservativ və qeyri konservativ qüvvələr. 1. Mərkəzi sahədə hərəkət. İmpuls momentinin saxlanması qanunu qapalı sistem üçün ödənsə də onun tərkibinə daxil olan ayrı-ayrı zərrəciklər üçün ödənmir. Lakin qüvvə sahəsində hərəkət edən bir hissəcik üçün bu qanunun ödəndiyi hal mümkündür. Bunun üçün sahə mərkəzi sahə olmalıdır. Elə qüvvə sahəsini mərkəzi sahə adlandırırlar ki, hissəciyin potensial enerjisi yalnız sahənin mərkəzindən olan r məsafəsinin funksiyasıdır: U=U(r). Belə sahədə hissəciyə təsir edən qüvvə də yalnız r məsafəsindən asılıdır və fəzanın hər bir nöqtəsində sahənin mərkəzindən bu nöqtəyə çəkilmiş radius boyunca yönəlmişdir. Məsələni daha dərindən araşdırmaq üçün iki cisim məsələsinə baxaq. Bir-birilə qarşılıqlı təsirdə olan iki cismin hərəkəti iki cisim məsələsi adlanır. Qoşa ulduzların, Yer-Ay, elektron-pozitron və s. sistemlərin hərəkətinin öyrənilməsi iki cisim məsələsidir. Tutaq ki, kütlələri bir-birinə yaxın olan iki cisim vardır. Seçilmiş K inersial sisteminə nəzərən onların fəzada vəziyyətini 1 r və 2 r radius vektorları ilə göstərək. Şəkil 5.1-dən görünür ki, cisimlər arasındakı məsafə 1 2 21 r r r vektoru ilə təyin olunur. Onda birinci cismə ikinci cisim tərəfindən 21 3 21 2 1 r r m m G , ikinci cismə birinci cisim tərəfindən 21 3 21 2 1 r r m m G cazibə qüvvəsi təsir edəcəkdir. Şəkil 5.1 Nyutonun ikinci qanununa görə onların hərəkət tənliklərini aşağıdakı kimi yazmaq olar: 21 3 21 2 1 2 1 2 1 r r m m G dt r d m , (5.1) 21 3 21 2 1 2 2 2 2 r r m m G dt r d m . (5.2) Məsələni daha asan yolla həll etmək üçün yuxarıda yazılmış hərəkət tənliklərindən birincini m 1 -ə, ikincini m 2 -yə bölüb, ikincidən birincini çıxaq: 21 3 21 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 ) ( r r m m G m m dt r r d . Burada 21 1 2 r r r olduğunu nəzərə alaq, 2 1 1 1 1 m m əvəzləməsini edək və tənliyi aşağıdakı şəkildə yazaq: 21 3 21 2 1 2 21 2 r r m m G dt r d . (5.3) Alınan tənliyə yalnız bir məchul daxildir, yəni axırıncı ifadə bir cismin hərəkət tənliyidir. Beləliklə iki cisim məsələsi bir cisim məsələsinə gətirilmiş olur. Burada kəmiyyəti gətirilmiş kütlə adlanır. Onun ədədi qiyməti qarşılıqlı təsirdə olan cisimlərin ən kiçiyinin kütləsindən kiçik olur. Bu isə o y x 58 deməkdir ki, iki cisim məsələsində sistemin ətalətliliyi ayrı-ayrı cisimlərə nisbətən daha az olur. 2. Kepler qanunları. Kepler planetlərin hərəkətini öyrənərək aşağıdakı qanunları vermişdir: 1. Bütün planetlər fokuslarından birində Günəş yerləşən ellipslər üzrə hərəkət edirlər. Şəkil 5.2-də ixtiyari K planetinin ellips boyunca hərəkəti, S 1 və S 2 ellipsin fokusları, S 1 fokusunda G Günəş, a və b ellipsin yarımoxları, P və A planetin Günəşə ən yaxın (Periheliy) və ən uzaq (Aseliy) nöqtələri, r ilə planetin Günəşdən olan məsafəsi və ilə onun polyar bucağı göstərilmişdir. Şəkil 5.2 Mərkəzi Günəşdə yerləşən sistemə nəzərən planetin trayektoriyası cos 1 P r (5.4) tənliyi ilə ifadə olunur. Burada M Gm L P 2 2 (5.5) – ortbitin parametri, 2 2 ) ( 2 1 GmM m EL (5.6) isə onun eksentrisiteti adlanır. Şəkildən və trayektoriya tənliyindən görünür ki, planetin Günəşdən minimum ( 0 ) və maksimum ( ) məsafələr 1 min P r və 1 max P r , (5.7) yarımoxlar isə E GmM a 2 və E m b 2 1 düsturları ilə hesablanır. Burada m və M- uyğun olaraq planetin və Günəşin kütləsi, E və L– isə planetin tam enerjisi və impuls momenti, G – isə qravitasiya sabitidir. 2. Planetin radius-vektoru bərabər zamanlarda eyni sahələr cızır. Şəkil 5.3-də r radius vektorunun dt müddətində cızdığı sahə göstərilmişdir. Bu sahəni təqribi olaraq üçbucaq kimi qəbul etmək olar. Onun hündürlüyü r, oturacağı isə planetin sürətilə dt müddətində getdiyi yoldur. Şəkil 5.3 Onda üçbucağın sahəsi r dt dS 2 1 olar. Bu ifadəni planetin kütləsinə vurub və bölək, r m hasilini impuls momenti L ilə işarə edək. Onda dt m L dS 2 və ya m L dt dS 2 (5.8) alınar. Planetin kütləsi və impuls momenti sabit olduğundan dt dS də sabit olmalıdır. Beləliklə, isbat olunur ki, radius- vektorun bərabər zamanlarda cızdığı sahələr eyni olur. 3. Planetlərin Günəş ətrafında fırlanma periodlarının kvadratları nisbəti onların böyük yarımoxlarının kubları 60 nisbətinə bərabərdir. Planet bir dövr etdikdə onun radius- vektoru tam ellips sahəsi cızır. Elementar sahəni inteqrallayaraq ellipsin sahəsini tapaq t T m L dt m L S 0 2 2 Bu sahə yarımoxlarla ifadə olunmuş ab S sahəsinə bərabər olmalıdır, yəni ab T m L 2 . Yarımoxların Keplerin I qanununda verilmiş ifadələrini yerinə yazıb, alınan ifadəni sadələşdirsək GM a T 2 3 2 4 (5.9) alarıq. Göründüyü kimi sağ tərəf sabit kəmiyyətlərdir, deməli sol tərəf də bütün planetlər üçün sabit olmalıdır. İlk yaxınlaşmada planetin trayektoriyasını çevrə qəbul etmək olar. Onda ellipsin yarımoxu çevrənin radiusu olacaqdır. Yəni bu halda planet mərkəzində Günəş yerləşən çevrə üzrə hərəkət edəcəkdir. Çevrə üzrə hərəkət edən planet üçün axırıncı düsturu 3 2 2 4 r GM T şəklində yazaq və hər tərəfi mr hasilinə vuraq, onda 2 2 2 4 r mM G r T m (5.10) Bu ifadənin sol tərəfi mərkəzəqaçma qüvvəsi, sağ tərəfi isə planetlə Günəş arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi olub cazibə Download 2.86 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling