Күш. Күштерді қосу.

Тақырыбы: Күш. Күштерді қосу.

Күш (лат. fortis) - материалдық нүктеге немесе денеге басқа денелер немесе өрістер тарапынан болатын механикалық әсердің өлшемі.^[1]

Күнделікті өмірде біз «күш» ұғымы арқылы бір дененің екінші бір денеге әрекетін сипаттаймыз. Мысалы, қолдың допқа, желдің қайық желкеніне, магниттің темірге, судың жүзгішке әрекеті туралы айтуға болады. Сонымен қатар бұл ұғым ауыспалы мағынада да қолданылады.

Күш деп дененің басқа денелер тарапынан болатын әрекеттің нәтижесінде үдеу алатынын сипаттайтын және осы әрекеттің өлшемі болып табылатын физикалық шаманы айтады.^[2]

Тең әрекетті күш деп денеге бір мезгілде әрекет ететін бірнеше күштің әрекетіндей әрекет жасайтын күшті айтады.

«Білегі күшті бірді жығады, білімі күшті мыңды жығады»,«Көптің күші - бірлікте» деген аталы сөздердің терең мағынасын жеткізу үшін де күш ұғымы қолданылған. Күш ұғымы ғылымда да кеңінен қолданылады және ол физиканың негізгі ұғымдарының біріне жатады.
Инерция құбылысын қарастыра отырып, басқа денелермен әрекеттеспейтін дене санақ. денесіне қатысты түзу сызықты және бірқалыпты қозғалатынына көзімізді жеткіздік. Басқа денелермен әрекеттесу дененің жылдамдығының өзгеруіне әкеледі. Мысалы, қалақшамен ұшып бара жатқан теннис добының қозғалыс бағытын өзгертуге болады . Әткеншекті тербеткенімізде, онда отырған бала онымен бірге қозғала бастайды (69,ә-сурет). Осы келтірілген мысалдар дененің басқа денелермен әрекеттесуі оның жылдамдығының өзгеруіне əкелетінін көрсетеді. 
Бұл жағдайда денелердің жылдамдығы күш әрекетінен өзгереді деп айту қабылданған. Сонымен, күш –денелердің өзара әрекеттесуін сипаттайтын шама.
Әртүрлі дененің қозғалыс жылдамдығын бірдей шамаға өзгерту үшін оған әртүрлі күш түсіруіміз керек. Мысалы, автомобильді орнынан қозғалту үшін көп күш жұмсаймыз. Бос және жүгі бар арбаларды орнынан қозғалту үшін және олардын қозғалыс жылдамдығын бірдей шамаға өзгерту үшін оларға шамасы әртүрлі күш түсіреміз. Демек, күштің сан мəні көп те, аз да болуы мүмкін. Күш әрекеті сан мəніне (модуліне) ғана емес, оның бағытына да байланысты болады. Өздерің де ойын үстінде денелерге ( допқа, шайбаға, т.б.) әсер ете отырып, өз ойларыңды жүзеге асыру үшін, Бұл әрекетке белгілі бір бағыт бересіңдер.Сонымен күш сандық мәнімен (модулімен) және бағытымен сипатталатын физикалық шама болып табылады. Күшті F әрпімен белгілейді.
Сызбада күш ұшында бағыты көрсетілген түзу кесінді түрінде беріледі. Кесіндінің ұзындығы шартты түрде қандай да бір таңдап алынған масштабтағы күштің шамасын көрсетеді. Оның бағыты күш әрекетінің бағытымен сәйкес келеді. Кесіндінің басы күштің түсірілу нүктесі болып табылады.
Күштің дененің қандай нүктесіне түсетінінің де мəні зор. Расында да, мұны есікті тұтқасына және топсасына таяу нүктеге күш түсіріп ашқанда байқауға болады.
SI жүйесінде күш бірлігіне ньютон (Н) алынған. Бұл күш бірлігі ағылшынның ұлы физигі Исаак Ньютонның құрметіне ньютон деп аталған. 1Н- массасы 1 кг дененің жыл-дамдығын 1 м/с-ка өзгертетін күш. Бұдан үлкен күш бірлігі- килоньютон (кН) да қолданылады.
Физика сияқты ауқымды ғылым үшін жоғарыда келтірілген күштің анықтамасы оның күрделі мағынасын жеткілікті аша алмайды. Сондықтан Бұл ұғымға жоғары сыныптарда қайтадан оралатын боламыз.^[3]

Тең әсерлі күш

Тең әсерлі күш – денеге әсер ететін күш жүйелерінің әсеріне тең эквивалентті күш.

Жинақталатын күштер жүйесінің тең әсер етуші күші - өзара перпендикуляр осьтердегі кұраушы күштердің қосындыларына тең, ал бағыты бағыттаушы косинустармен анықталады.

Кеңістіктегі үш жинақталған күштің тең әсер етуші күші (күштер параллелепипедінің ережесі) –– осы күштерге тұрғызылған параллелепипедтің диагоналімен бейнеленеді.^[1]

Ауырлық күші

Толық мақаласы: Ауырлық күші

Ауырлық күші ({\displaystyle F=mg} , мұндағы m — дененің массасы, g — еркін түсу үдеуі, оның модулі шамамен 9,8 м/с²-ка тең) деп денелердің Жерге тартылу күшін айтады. Бұл күштің әрекетінен еркін денелер Жерге құлайды. Денелердің ауырлық күішінің әрекетінен ғана қозғалуын еркін түсу деп атайды. Мысалы, доптың ауада жерге түсуін еркін түсу деп есептеуге болады. (Ауырлық күшімен салыстырғанда ауаның кедергі күші азрақ болатындықтан, оны ескермеуге болады.)

Серпімділік күші

Толық мақаласы: Серпімділік күші

Серпімділік күші деп дененің пішіні мен көлемі өзгерген кезде пайда болатын күшті айтады.

Бұл күш денелерді қысу, созу, майыстыру немесе бұрау кезінде пайда болады. Серпімділік күші әрқашан дененің пішіні мен өлшемдерінің өзгеруін тудырған күшке қарама-қарсы бағытталады.

Мысалы, серіппені қолымызбен қысып, одан кейін оны бос жібере салсақ, онда серіппеде туындайтын серпімділік күші оны бастапқы қалпына келтіреді.

Серпімді деформациялар кезінде денеде туындайтын серпімділік күші оның созылуына тура пропорционал: |F| = kΔl, бұл формула Гук заңын өрнектейді, мұндағы Ғ_серп— серпімділік күшінің модулі, k — қатаңдық немесе катаңдық коэффициенті, Δl =l - l₀ — дене ұзындығының өзгеруі

Үйкеліс күші

Толық мақаласы: Үйкеліс күші

Дөңдегі блок және сәйкес төмендегі блок еркін дене диаграмасы.

Үйкеліс күші деп денелер тікелей жанасқанда пайда болатын күшті айтады және ол күш әрдайым жанасу бетінің бойымен қозгалыс бағытына қарама-қарсы жаққа қарай бағытталады.

Қарастырылатын дененің үйкеліс күші (F_үйк) екінші дененің бетін басып қысатын Р күшке (демек, тіректің N реакция күшінде), үйкелісетін беттердің материалы мен өңделу сапасына байланысты болады.

Тіректің реакция күші

Тіректің реакция күші деп тіректің денеге әрекет ететін серпімділік кірітін айтады.. Үйкеліс күшінің модулі тіректің реакция күшіне тура пропорционал: {\displaystyle |F|=\nu N} , мұндағы {\displaystyle \nu } — үйкеліс коэффициенті деп аталатын пропорционалдык коэффициент. Үйкеліс коэффициенті жанасатын беттер жұбының өңделу сапасы мен материалына байланысты болады. Табиғатта үйкеліс күші үш түрде керініс табады:

1. сырғанау үйкелісі (мысалы, конькишінің мұз бетімен сырғанауы кезінде),

2. домалау үйкелісі (бір дене екінші дененің бетімен домалау жағдайында туындайтын),

3. тыныштық үйкелісі (мысалы, дененің көлбеу жазықтықта жатуы). Үйкеліс күші, денелер беттерінің кедір-бұдырлығынан және жанасатын беттер молекулаларының езара тартылысынан туындайды.

Динамометр

Күштің шамасын динамометр деп аталатын құралдың көмегімен өлшенеді. Динамометрді пайдалану серпімді деформацияның шамасы (созылуы немесе сығылуы) түсірілген күшке тура пропорционал болуына негізделген. Сондықтан созылған серіппе ұзындығы бойынша күштің мәні туралы айта аламыз.

Теоремалар[өңдеу]

Үш күш туралы теорема - егер еркін қатты дене бір жазықтықта жатқан параллель емес үш күштің әсерінен тепе-теңдік қалыпта тұрса, онда бұл күштердің әсер ету сызығы бір нүктеде қиылысады.^[1]

Сыртқы күш

Денелерге әсер ететін сыртқы күштер беттік, көлемдік, қадалған, таралған т.б. түрлерге ажыратылады. Поверхностаая сила - беттік күш деп денеге беті арқылы берілетін күшті айтады. Мысалы, арқалықтың не платаның тіреуіші тарапынан болатын қарсы әсер. Объемная сила - көлемдік куш деп дененің көлемі арқылы берілетін әрі оның ішкі нүктесіне түсірілетін күшті айтады. Мысалы, шомбал арқалықтың салмағы немесе үдемелі қозғалған денеде пайда болған инерция күштері. Көлемдік күш Н/м³ немесе кн/м³-пен өлшенеді. Сосредоточенная сила -қадалған күш деп өз өлшемімен салыстырғанда өте шағын бетке түсетін күшті атайды. Кейбір есептерде мұны нүктеге түсірілетін күш деп есептейді. Қадалған күш ньютонмен (Н), килоньютонмен (кН) және меганьютонмен (МН) өлшенеді. Распределенная нагрузка - таралған күш деп дене бетінің ауданына немесе беттік сызыққа әсер ететін салмақты айтады (мысалы, үй шатырына түсетін қар қысымы шатыр ауданына түгел жайылады). Т.к. қарқындылығымен сипатталады. Қарқындылық деп күштің бірлік ауданға немесе бірлік ұзындыққа түсірілген шамасын айтады. Т.к.-тің ауданға қатысты өлшем бірлігі Н/м² немесе кН/м² , ал ұзыңдыққа қатысты Н/м немесе кН/м. Дененің бірлік ауданына не оның бөлігіне таралған күштің қарқындылығы бірдей болса, оны тең таралган күш дейді. Әсер ететін уақытына қарай күш тұрақты, үздіксіз, уақытша болып ажыратылады. Мысалы, темір жолдың көпірге түсіретін күші тұрақты, ал көпір үстімен өтетін поездың салмағы уақытша күш болып саналады. Әсер ету жылдамдығына қарай күш статикалық және динамикалық күштерге ажыратылады. Статикалық күштің әсер ету жылдамдығы баяу болады да, үдеу шамасы ескерілмейді, динамикалық күштің әсер ету жылдамдығы шапшан болғандықтан, бұл жағдайда үдеу жөне үйкеліс күштері ескеріледі.

Ішкі күш

Дененің жеке бөліктері арасында өзара әсерлесу күші, і.к. қималар әдісімен (метод сечений) зерттеледі.

Инерция күші

Инерция күші - векторлық шама. ʒ = ma, мүндағы m - материалды нүктенің массасы, a-оның үдеуі.

Кризистік күш

Сырықтың тепе-теңдік қалпынан ауыткуына сөйкес келетін сығу күшінің ең аз мәні.

Бойлық күш

Тік күш, созылу және сығылу кезінде білеудің көлденең қимасында пайда болатын ішкі күш. Бойлық күш сан мәні бойынша қиылған сырықтың кез келген бөлігінде (сол не оң), сырық өсіне әсер өтетін барлық сыртқы күштер проекциясының алгебралық қосындысына тең, яғни N = ΣҒ_lz. Созылу кезіңдегі Бойлық күшті оң деп санаймыз.

Ауырлық күш

Кез келген денеге әсер ететін тұрақты күш P=mq, мұнда q-ауырлық күшінің үдеуі, m-массасы.

Серпімділік күш

Гук заңына негізделіп кернеу деформацияға пропорционал. Мысалы, серіппе үшін с.к. F = сλ тең, мүндағы F-серіппенің ұзару (отыру) шамасы, С-серіпенің қатандық коэффициенті (Н/м)

Тұтғыр үйкелісінің күші

Жылдамдыққа байланысты, тұтқыр ортада дененің бояу қозғалысында әсер етеді. R = μV, мұңдағы V-дененің жылдамдығы, μ-кедергі коэффициенті.

Денеге бір түзудің бойымен әрекетететін күштерді қосу-күнделікті өмірде де, табиғатта да денеге бір күш емес, бірнеше күш әрекет етеді. Түсірілген бірнеше күштің әрекетінен дене қозғалыс жылдамдығын өзгертуі немесе тыныштық қалпын сактауы да мүмкін. Тәжірибелер дене жылдамдығының нақ осындай өзгерісін бір ғана күшжұмсау аркылы алуға болатынын керсетеді. Бұдан: денеге екі немесе бірнеше күш әрекет етсе, онда осы күштерді әрекеті жағынан оларга тең болатын бір ғана күшпен алмастыруға болады деген корытынды жасаймыз.
Денеге бір мезгілде әрекет ететін бірнеше күштің әрекетіндей әрекет жасайтын күш сол күштердің теңәрекетті күші деп аталады.
Басқаша айтқанда, егер бір күштің денеге тигізетін әрекеті басқа күштердің сол денеге бір мезгілде тигізетін әрекетіндей болса, онда ол күшті басқа күштердің теңәрекетті күші деп атайды.
Бір түзудің бойымен бір бағытта немесе қарама-қарсы бағытта әрекет ететін күштерді косуды қарастырайық. Мысалы, екі бала бір бағытта біреуі F₁ күш, ал екіншісі Ғ₂күш жұмсап, жүк салынған контейнерді орнынан қозғалтсын дейік. Ал осы контейнерді ересек адам F_R күш жұмсай отырып, бір өзі ғана дәл солай козғалтсын. Бұл жағдайда әрекет етуші Ғ₁, F₂