- Күш туралы не білесің?
- Диномометр не үшін керек?
ІІІ. ДК. Жаңа сабақты түсіндіру. Электрондық оқулық арқылы түсіндіру.
- Гук заңы. Ағылшын физигі Роберт Гүк.
Серпiмдiлiк күшi. Гук заңы. Жерге жақын тұрған барлық денелерге оның тартуы әрекет етедi. Ауырлық күшiнi ң әрекетiнен жаңбыр тамшылары, қар түйiршiктер, бұтақтан үзiлiген жапырақтар Жерге құлап түседi. Сол қар үйдiң төбесiнде жатады, оны бұрынғыша Жер тартады, алайда ол төбенi жарып құлап түспей тыныштықта қалады. Оның құлап түсуiне не бөгет болады? Үйдiң төбесi. Ол қарға оның ауырлық күшiне тең, бiрақ бағыты қарама-қарсы жаққа бағытталған күшпен әрекет етедi. Бұл не күш? 34, а -суретте екi тұғырықта жатқан тақтай бейнеленген. Егерде оның ортасына гир орналастырсақ, онда гир ауырлық күшiнiң әрекетiнен қозғала бастайды, бiрақ бiршама уақыттан кейiн тақтайды майыстырып тоқтайды (34, б -сурет). Сол кезде ауырлық күшi иiлген тақтай тарапынан гирге әрекет етушi және бағыты тiк жоғары бағытталған күшке теңгерiледі екен. Осы күш серпiмдiлiк күшi деп аталады. Серпiмдiлiк күшi деформация кезiнде пайда болады. Деформация – бұл дененiң формасы мен мөлшерiнiң өзгеруi. Деформация түрлерiнiң бiрi иiлу болып саналады. Тiрек неғұрлым көп иiлсе, осы тiрек тарапынан денеге әрекет ететiн серпiмдiлiк күшi солғұрлым көп болады. Дененi (гирдi) тақтайға қоярдан бұрын бұл күш жоқ болатын. Өзiнiң тiрегiн барған сайын күштiрек иген гирдiң қозғалуына қарай серпiмдiлiк күшi де арта түстi. Гир тоқтаған мезетте серпiмдiлiк күшi ауырлық күшiне жеттi де олардың тең єсерлі күшi нөлге тең болды. Егерде тiрекке жеткiлiктi жеңiл зат қойсақ, онда оның деформациясы болар-болмас болады да тiрек формасының ешқандай өзгерiсiн байқамаймыз. Бiрақ деформация бәрiбiр болады. Ал онымен бiрге осы тiректе тұрған дененiң құлап түсуiне кедергi жасайтын серпiмдiлiк күшi де әрекет етедi. Осыған ұқсас (дене деформациясы шамалы және тiрек мөлшерiнiң өзгерiсiн ескермеуге болатын) жағдайларда серпiмдiлiк күшiн тiрек реакциясының күшi деп атайды. Егерде тiректiң орнына қандайда бiр iлгек (жiп, сымтемiр, стержень және т.б.) пайдалансақ, онда оған бекiтiлген зат та тыныштықта тұра алады. Ауырлық күшi мұнда да қарама-қарсы бағытталған серпiмдiлiк күшке теңестiрiледi. Iлгек өзiне бекiтiлген жүктiң әрекетiнен созылады да сол кезде серпiмдiлiк күшi пайда болады. Созылу деформацияның тағыда бiр түрiне жатады. Серпiмдiлiк күшi сығылу кезiнде де пайда болады. Атап айтқанда ол сығылған серiппенi түзуленуге және оған бекiтiлген дененi итеруге мәжбур етедi. (27, б -суретті ќара). Серпiмдiлi күшiн зерттеуге ағылшын ғалымы Р. Гук үлкен үлес қосты. 25-жасында 1660 ж., кейiн өзiнiң атымен аталған Гук заңын тағайындады. Ол заң былай айтылады: Дененiң созылу немесе сығылуы кезiнде пайда болатын серпiмдiлiк күшi оның ұзаруына пропорционал. Егерде дененiң ұзаруы, яғни оның ұзындығының өзгеруiн х, ал серпiмдiлiк күшiн F сер арқылы белгiлесек, онда Гук заңына мынадай математикалық форманы беруге болады. F сер = kx,
Мұндағы k — қатқылдық деп аталатын пропорционалдық коэффициент. Әрбiр дененiң өз катқылдығы бар. Дененiң (серiппе, сым, бiлiк және т.б.) қатқылдығы неғұрлым үлкен болса, ол берiлген күштiң әрекетiнен өз ұзындығын солғұрлым аз өзгертедi. СИ жүйесiнде қатқылдық бiрлiгi ньютон бµлінген метр (1 Н/м) болып саналады. Осы заңды айғақтайтын бiрқатар эксперимент жасап, Гук оны жариялаудан бас тартты. Сондықтан узақ уақыт оның жаңалығын ешкiм бiлмедi. Тiптi 16 жыл өткеннен кейiн, әлi де өз әрiптестерiне сенбестен, Гук өз кiтаптарының бiрiне өз заңының шифрланған тұжырымын (сөзтiзбегiн) келтiрдi. Оның түрi мынадай: Бәсекелестерi өз жаңалықтары туралы мәлiмдеме жасай алу үшiн екi жыл күтiп, ақырында өз заңының сырын ашты. Сөзтiзбектiң сыры мынадай: «Кез келген серiппенiң күшi оның созылуына пропорционал», — деп жазды Гук.
Гук серпiмдi деформацияларды зерттедi. Сыртқы әрекет тоқтағаннан кейiн жоқ болатын деформацияны осылай атады. Егерде, серiппенi бiршама созып, содан кейiн жiберсек, онда ол қайтадан өзiнiң алғашқы формасын алады. Бiрақ сол серiппенi соншалықты созуға болады, оны босатқаннан кейiн ол сол созылған күйiнде қалады. Сыртқы әрекет тоқтағаннан кейiн жоғалмайтын деформацияны пластикалық деформация деп атайды. Пластикалық деформацияны пластилинмен, балшықты жапсыру кезiнде, металды өңдеу – соққылау, қалыптау кезiнде және т.б. қолданады. Пластикалық деформация үшiн Гук заңы орындалмайды. Ертедегi уақытта кейбiр материалдардың (тис секiлдi ағаш) серпiмдiлiк қасиеттерi бiздiң ата-бабаларымызға тартылған керменiң серпiмдiлiк күшiнiң көмегiмен жебенi атуға арналған қол қаруы — садақты ойлап табуға мүмкiндiк бердi. Шамамен 12 мың жыл бұрын пайда болып, садақ көптеген ғасыр бойы әлемнiң барлық тайпалары мен халықтарының негiзгi қаруы болды. Оқ атылатын қаруды ойлап табу үшiн садақ ең пәрмендi соғыс құралы болып саналды. Ағылшын садақшылары минутына 14 жебеге дейiн жiбере алды. Соғыста садақты жаппай пайдалану кезiнде жете тұтас бұлтты құрады. Мысалы, Азенкур кезiнде (Жүзжылдық соғыс кезiнде) соғыста жiберiлген жебенiң саны шамамен 6 миллиондай болды. Осы қатерлi қарудың орта ғасырда кең тарауы қоғамның белгiлi бiр ортасы тарапынан негiзделген наразылық тудырды. 1139 жылы Римде Латеранский шiркеуiне жиналғандар осы қаруды христиандарға қолдануға тыйым салды. Алайда «садақпен қарусыздану» күресi табысқа жетпедi де садақты соғыс қаруы ретiнде пайдалану тағыда бес жүз жыл бойы жалғаса бердi. Садақтың құрылымын жетiлдiру және өзi атылатындарды (арбалетов) жасау сондай жағдайға жеткiздi, олардан жiберiлген жебелер кез келген сауытты тесетiн болды. Бiрақ әскери ғылым бiр орнында тұрмады. XVII ғасырда садақты оқ атылатын қару ығыстырып шығарды. Бiздiң заманымызда садақтан ату тек спорт түрлерiнiң бiрi болып саналады.
- Күшті өлшейтін құрал. Өлшем бірлігі. Диномометр. Дененiң салмағы
Динамометр (грек сөзi “динамис” – күш) – бұл күштi өлшеуге арналған құрал. Динамометрлер құрастырылуына ќарай алуан түрлi болады. Тракторлардың, сүйрегiштердiң және т.б. тарту күшiн тартымдық динамометрлердiң (35-сурет) көмегiмен өлшейдi. Бұлшық ет күшiн өлшеу үшiн дәрiгерлiк динамометр — күшөлшердi пайдаланады (36-сурет). 4 Н-ға дейiнгi күштi өлшеуге есептелiнген серiппелi оқу динамометрi бейнеленген. Ол көрсеткiшi бар болат серiппеден және шкала келтiрiлген (динамометр шкаласындағы “N” әрпi – бұл ньютонның халықаралық белглеуi) пластмассалы (ескi құрастырылымдарда ағаш) негiзге бекiтiлген iлгектен тұрады.
Серiппелi динамометрдiң әрекетi өлшенетiн күштiң серiппенiң серпiмдiлiк күшiне теңгерiлуiне негiзделген. Динамометр серiппесiн градиурлеу (яғни бөлiкке бөлiнген шкаланы жасау). Динамометр негiзiне (серiппе астына) ақ қағаз жолағын бекiтедi. Содан кейiн серiппеніњ созылмаған (бұл нөлдiк бөлiк) кезiнде нұсқағыштың орнын белгiлейдi (38, а -сурет). Осыдан кейiн iлгекке массасы 102 г жүк iледi. Осы жүкке 1 Н ауырлық к‰шi әрекет етедi. Осы жүктiң әрекетiнен серiппе созылады да нұсқағыш төмен қарай орын ауыстырады. Жүкке әрекет етушi ауырлық күшi тепе-теңдiк жағдайында қарама-қарсы бағытталған серпiмдiлiк күшiмен теңеседi. Олай болса, серiппенiң созылуы сол кезде серпiмдiлiк күшiне сәйкес келедi де 1 Н-ға тең болады. Сондықтан нұсқағыштың жаңа орнын қағазда 1 цифрымен белгiлейдi (38, б -сурет). Содан кейiн бiрiншi жүкке тағы бiр сондай жүк iлiп, сонымен жалпы массаны 204 г дейiн, ал ауырлық күшiн 2 Н-ға дейiн арттырамыз. Нұсқағышқа сәйкес орынды 2 цифрымен белгiлейдi. Осыдан кейiн үшiншi, содан кейiн төртiншi жүктi бекiтiп, әрбiр жағдайда нұсқағыштың орнын сәйкес цифрлармен белгiлеймiз. Ньютонның ондық үлесiмен өлшеуге үшiн әрбiр 0 және 1, 1 және 2, 2 және 3, 3 және 4 белгiлеулердiң арасындағы қашықтықты теңдей он бөлiкке бөледi. Шкаланы бұлай құру Гук заңының арқасында мүмкiн болды. Өйткенi Гук заңы бойынша серiппе серпiмдiлiгi оның ұзындығы қанша рет артса, сонша рет артады.
