حرکت

حرکت اجسام جزو ابتدایی ترین پدیده‌هایی است که بشر از ابتدای خلقت با آن آشنا شده و هر لحظه با آن سرو کار داشته و در طول زندگی روزمره خود این پدیده را در اطراف خود، از طبیعت، حرکت افسانه‌ها، حیوانات، ستارگان- خورشید- ماه- زمین- ستارگان و کهکشانها، باد، باران، طوفان، شن، تگرگ، بوران، رشد درختان، گرفته تا حرکت ذره‌های ریز مولکول و اتمها دیده و دریافته و از آن بهره جسته است. حرکت پدیده‌ای است که نمی‌توان حتی کوچکترین زمانی از آن صرف نظر کرد. انسان و زندگی انسانی با این مهم پیوند خورده، پس برای درک موقعیت خود و محیط اطرافمان باید حرکت را تعریف کنیم، ابعاد آن را بشناسیم و از معادلات و روابط آن در تفسیر رفتارهای طبیعت سود بجوییم

 

دینامیک حرکت 

حرکت در منظومه شمسی فیزیک طبقه بندی کلی فیزیک تولید صوت جرم گرانشی قوانین حرکت نیوتن حرکت پرتابی جسم صلب جرم لختی این مسئله شوخی نیست برخیزید روشهای اندازه گیری در نیروها مکانیک کلاسیک حرکت در فیزیک دکارتی میکانیک گالیله ای ضریب اصطکاک قوانین نیرو فیزیک هواشناسی آب و هواشناسی و سیر تحولی آن 

 

دینامیک حرکت (MOtion Dynamics)

 

دینامیک از واژه لاتین به معنی حرکت شناسی گرفته شده است و در مکانیک کلاسیک بررسی دلایل حرکت و به بیانی دقیق بررسی حرکت به کمک نیروها و قوانین مربویه می‌باشد.

 

 

 

 

 

 

 

دید کلی

در حالت کلی حرکت یک ذره از دو دیدگاه مختلف می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد به بیان دیگر می‌توان گفت، بطور کلی مکانیک کلاسیک که در آن حرکت اجسام مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد، شامل دو قسمت سینماتیک و دینامیک است . در بخش سینماتیک از علت حرکت بخشی به میان نمی‌آید و حرکت بدون توجه به عامل ایجاد کننده آن بررسی می‌شود. بنابراین در سینماتیک حرکت بحث بیشتر جنبه هندسی دارد.

 

اما در دینامیک علتهای حرکت مورد توجه قرار می‌گیرند. یعنی هر ذره یا جسم همواره در ارتباط با محیط اطراف خود و متأثر از آنها فرض می‌شود محیط اطراف حرکت را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال فرض کنید، جسمی با جرم معین بر روی یک سطح افقی در حال لغزش است. در این مثال سطح افقی به عنوان یکی از محیطهای اطراف جسم با اعمال نیروی اصطکاک در مقابل حرکت جسم مقاومت می‌کند.

 

عوامل مؤثر بر حرکت

حرکت یک ذره معین را ماهیت و آرایش اجسام دیگری که محیط ذره را تشکیل می‌دهند، مشخص می‌کند. تأثیر محیط اطراف بر حرکت ذره با اعمال نیرو صورت می‌گیرد. بنابراین مهمترین عاملی که در حرکت ذره باید مورد توجه قرار گیرد، نیروهای وارد بر ذره و قوانین حاکم بر این نیروها می‌باشد.

 

قوانین حرکت

در قلمرو مکانیک کلاسیک ، یعنی در سرعتهای کوچکتر از سرعت نور حرکت اجسام مختلف بر اساس قوانین حرکت نیوتن بطور کامل قابل تشریح است. این قوانین عبارتند از:

 

قانون اول

این قانون که در واقع بیانی در مورد چارچوبهای مرجع می‌باشد، به این صورت بیان می‌شود هر جسم که در حال سکون ، یا در حالت حرکت یکنواخت در امتداد خط مستقیم باشد، به همان حال باقی می‌ماند مگر آنکه در اثر نیروهای خارجی مجبور به تغییر آن حالت شود.

 

قانون دوم

این قانون به صورتهای مختلف بیان می‌شود که یکی از آنها بر اساس تعریف اندازه حرکت خطی و دیگری برای تعریف شتاب حرکت می‌باشد. در حالت اول چنین گفته می‌شود که میزان تغییر اندازه حرکت خطی یک جسم ، با نیروی وارد بر آن متناسب و هم جهت می‌باشد. اما بر اساس تعریف شتاب گفته می‌شود که هر گاه بر جسمی نیرویی وارد شود جسم در راستای آن نیرو ، شتاب می‌گیرد که اندازه آن نیرو متناسب است.

 

 

قانون سوم

این قانون که تحت عنوان قانون عمل و عکس‌العمل معروف است، حتی در بعضی از رفتارهای اجتماعی نیز مصداق دارد. بیان قانون سوم به این صورت است که هر عملی را عکس‌العملی است که همواره با آن برابر بوده و در خلاف جهت آت قرار دارد. به عنوان مثال هنگام راه رفتن در روی زمین ، نیرویی از جانب و به طرف جلو بر ما وارد می‌شود که سبب حرکت ما به سمت جلو می‌شود، برعکس ما نیز بر زمین نیرو وارد کرده و آن را به سمت عقب می‌رانیم. ولی چون جرم زمین در مقایسه با جرم ما خیلی زیاد است، حرکت زمین به سمت عقب نامحسوس است.

 

 

 

قضیه کار و انرژی

در مکانیک برخلاف آنچه در بین عامه رایج است، واژۀ کار زمانی به کار می‌رود که بر روی جسمی نیرویی اعمال شده و آن را جابجا کند ، و یا موجب تغییر در حرکت آن شود. بنابراین در دینامیک حرکت کار مفهوم با ارزشی است. اما کار به دو صورت می‌تواند بر روی جسم انجام شود. فرض کنید‌، جسمی با سرعت معین در حال حرکت است‌، اگر بر روی جسم کار انجام شود، این کار یا می‌تواند سرعت حرکت جسم را افزایش دهد و یا اینکه مانع حرکت شده و سرعت جسم را کاهش دهد.

 

در حالت اول که سرعت جسم افزایش پیدا می‌کند، اصطلاحا گفته می‌شود که کار انجام شده ، سبب ذخیره انرژی در جسم می‌شود. اما در حالت دوم ما با صرف انرژی و انجام کار ، سرعت جسم را کاهش می‌دهیم. از اینرو انرژیی که وابسته به سرعت جسم بوده و انرژی جنبشی نام دارد، تعریف می‌شود و قضیه کار و انرژی جنبشی بیان می‌کند که کار انجام شده بر روی جسم متناسب با تغییر انرژی جنبشی آن است.

 

مکانیک لاگرانژی و حرکت جسم صلب

حرکت ذره یک حالت تقریباً ایده آل و آرمانی از حرکت واقعی اجسام در فضای سه بعدی است. یعنی در بعضی موارد ، تقریب حرکت جسم به عنوان یک ذره نمی تواند مفید واقع باشد. بنابراین در حالت کلی جسم به صورت یک جسم صلب در فضا در نظر گرفته می‌شود و با تعریف مختصات تعمیم یافته (که متناسب با نوع حرکت بعد آن معین می شود ) و نیروهای تعمیم یافته و با استفاده از معادلات لاگرانژ حرکت جسم مورد بررسی قرار می‌گیرد. معادلات لاگرانژ و یا به بیان بهتر فرمولبندی مکانیک لاگرانژ نسبت به مکانیک نیوتنی (بر اساس قوانین نیوتن) حالت کلی‌تر و کاملتری می‌باشد.

 

در مکانیک لاگرانژی ابتدا کمیتی به عنوان لاگرانژی (و یا هامیلتونین که برابر با تفاضل انرژی پتانسیل از انرژی جنبشی است) که به صورت مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل جسم تعریف می‌شود، محاسبه می‌گردد. و با قرار دادن آن در معادلات لاگرانژ ، معادله حرکت جسم حاصل می‌شود.

 

استفاده از قانونهای نیوتن درباره حرکت یک جسم

برای حل مسأله‌های دینامیک مراحل زیر را در نظر می‌گیریم:

شکل ساده‌ای از جسم و تکیه‌گاه آن را رسم می‌کنیم.

نیروهایی را که اجسام دیگر بر جسم وارد می‌کنند، روی شکل مشخص می‌کنیم.

دستگاه محورهای مختصات مناسبی انتخاب می‌کنیم.

نیروها را روی محورهای مختصات تجزیه می‌کنیم. (مؤلفه هر نیرو روی محور)

با نوشتن قانون دوم نیوتن روی هر یک از محورها ، شتاب حرکت جسم را روی هر محور محاسبه می‌کنیم.

 

هرگاه چند جسم به هم متصل باشند، در صورتی که بردار شتاب همگی یکسان باشد، مجموعه را می‌توان به عنوان یک دستگاه در نظر گرفت و قانون دوم را برای آن نوشت

دینامیک ذرات مادی : ( سینماتیک نقطه مادی – تعریف حرکت مستقیم الخط نقطه مادی – حرکت زاویه ای یک خط – حرکت منحنی الخط در صفحه – حرکت نسبی در صفحه حرکت منحنی الخط در فضا – حرکت نسبی در فضا )

سنتیک نقطه مادی : مقدمه – معادلات حرکت –کار و انرژی – ضربه و ممنتم – حرکت با نیروی مرکزی – حرکت نسبت به محورهای متحرک .

سینتیک سیستم نقاط مادی : مقدمه – معادلات حرکت – کار و انرزی – ممنتم خطی و زاویه ای – بقاء انرژی و ممنتم .

دینامیک اجسام صلب : ( سینماتیک اجسام صلب در صفحه : مقدمه- حرکت مطلق – حرکت نسبی با انتقال موازی محورها – حرکت نسبی با دوران محورها )

سینتیک اجسام صلب در صفحه : ممان اینرسی جرمی حول یک محور – جرم و شتاب – کار و انرژی – ضربه و ممنتم .

سینماتیک اجسام صلب در فضا : حرکت مطلق و نسبی .

سنتیک اجسام صلب در فضا : ممنتم زاویه ای – خواص اینرسی جرمی – ممنتم و معادلات انرژی حرکت – حرکت عمومی در صفحه – دوران حول یک نقطه – حرکت عمومی در فضا .

دینامیک سیالات

تصویر شبیه سازی رفتار یک جریان گازی کنترل شدهدینامیک سیّالات نام یکی از شاخه‌های بسیار پرکاربرد و وسیع مکانیک سیّالات است. موضوع مورد مطالعه در این زمینه از علوم چگونگی رفتار مایعات و گازها به هنگام حرکت تحت اثر عوامل گوناگون می‌باشد.

مهم‌ترین کاربردهای دینامیک سیّالات در مهندسی شیمی، هواشناسی، مهندسی عمران، مهندسی پزشکی، مهندسی هوا‌و‌فضا، نجوم و ستاره‌شناسی، علوم دریایی، صنایع خودرو سازی، کشتی سازی، و موارد متعدد علمی و کاربردی دیگر است.

 

تاریخچه

مطالعهٔ رفتار سیّالات (در حرکت و در سکون) را باید از مهم‌ترین بخش‌های مکانیک قدیم (مکانیک کلاسیک)، فیزیک، ریاضیات کاربردی، و علوم و فنون مهندسی به حساب آورد. درس دانشگاهی مکانیک سیالات جز دروس پایه کارشناسی مکانیک نیز هست.شاخه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به بررسی عددی دینامیک سیالات می‌پردازد.

اهمّیّت و غنای علمی

از آنجا که دینامیک سیّالات پدیده‌های پیچیده‌ای همچون جریانهای آشفته، امواج شوک در سرعت‌های مافوق صوت، و سامانه‌های بی نظم را شامل می‌شود، بخش عمده‌ای از پیشرفتهای علمی در ریاضیّات کاربردی، و در فیزیک به خاطر تلاش در حل اینگونه مسایل حاصل شده‌است.

 

آزمایشگاه دینامیک و ارتعاشات

 تجهیزات عمده کارگاه :

     دستگاه یاتاقان و ژورنال

     دستگاه تست بحرانی

     دستگاه ژیروسکوپ

     دستگاه گاورنر

     دستگاه پیچش

     دستگاه نوسانات آزاد و اجباری

     دستگاه نوسانات آونگی

     دستگاه نوسانات و ارتعاشات فنر

     دستگاه چرخدنده خورشیدی

    دستگاه بالانسینگ

    دستگاه ضریب سیالات

    دستگاه چرخدنده ساده

    دستگاه تعیین ضریب فنریت

    دستگاه نیروی جانب مرکز

    دستگاه تست بادامک

 

سینماتیک (حرکتشناسی)

   مخا طبان :دانش اموزان راهنمایی و دبیرستان

 تعریف سرعت متوسط: به نسبت  جابجایی متحرک به مد ت زمان جابجایی سرعت متوسط گویند

در شکل گرافیکی زیر مقدار سرعت متوسط ۲۵مایل بر ساعت است واحد  یا یکای سرعت متوسط در دستگاه متریک(SI) متر بر ثانیه است

 

                                                               

 

انواع حرکتها:

حرکت متحرک بر روی خط راست بطور کلی به دو دسته تقسیم می شود۱- حرکت یکنواخت۲-حرکت شتابدار

۱-حرکت یکنواخت:حرکتی است که متحرک مسافتهای متوالی و مساوی را در زمانهای مساوی ومتوالی طی میکند                                                                                                                     

مثال:متحرکی مطابق شکل از مبدا مختصات در حال حرکت است و۵۰ متر را در ۵ ثانیه طی میکند نمودار

مکان زمان متحرک را رسم کنید؟

p

نمودار سرعت زمان برای متحرک زیر در حرکت یکنواخت:

 

 

 

حرکت شتابدار: به دودسته است۱-حرکت شتابدار تند شونده۲- حرکت شتابدار کند شونده

متال برای حرکت شتابدار تند شونده:ونمودار مکان زمان ان

 

 

مثال:در شکل زیر سه اتومبیل در حرکت هستند اتومبیل ابی وقرمز  رفته رفته سرعتشان زیاد تر می شودکه  نوع حرکتشان تند شونده است ولی سرعت اتومبیل سبز تابت می ماند که نوع حرکت ان یکنواخت است شتاب یا تغییرات سرعت اتومبیل ابی رنگ بیشتر از اتومبیل قرمز رنگ است و همانطور که دیده می شود از هر دو اتومبیل سبقت می گیرد

 

 

 

مقایسه نمودار مکان زمان سه اتومبیل فوق نشان میدهد که اولا چون هر سه متحرک در جهت مثبت محور افقی در حرکتند شیب هر سه نمودار صعودی است میدانیم که شیب نمودار مکان زمان در هر لحظه نشان دهنده سرعت لحظه ای متحرک است وچون سرعت اتومبیل ابی(A) بیشتر از اتومبیلB,C است شیب نمودار مکان زمان ان بیشتر استوجون اتومبیل سبز رنگ دارای حرکت یکنواخت یعنی سرعت ثابت است بنابراین مقدار شیب ان در هر لحظه ثابت است

نمودار سرعت زمان برای حرکت شتابدار زیر:

 

 

 

 

بردارها

جمع  بردارها(برایند) به روش چند ضلعی : در این روش اگربا مقیاس یکسان بردارها را به ترتیب به د نبا ل یکد یگر رسم کنیم بردار برایند برداری است که ابتدا یش روی مبدا بردار اول و انتهایش روی انتهای بردار اخرخواهد بود.

مثال: متحرکی مطا بق مختصات زیر بترتیب در سه موقعیت مکانی  قرار میگیرد با رسم شکل اولا)موقعیت متحرک را در محورهای مختصا ت نشا ن دهید ثانیا)بردار جابجایی متحرک را برای هر تغییر مکان نشان دهید ثالثا)بردار برایند جابجایی متحرک رانشان داده وبزرگی ان را محاسبه کنید؟ 

قوانین نیوتن

قانون اول (اینرسی-لختی):اگر بر جسمی هیچ نیرویی وارد نگردد جسم همواره حالت سکون یا حرکت خود را بر روی خط راست حفظ میکند

شکل زیر نشان می دهد که اگر نیروی کشش طناب Tنبود گلوله به حرکت خود در خط راست ادامه میداد

 

قانون دوم نیوتن: هر گاه بریک جسم نیرو یا نیروهایی وارد گردد جسم شتاب(a )میگیرد که این شتاب متناسب وهم جهت با ان نیرو ویا نیروها خواهد بود

مثال زیرحضور قانون دوم نیوتن را در پرواز هواپیما بخوبی   نشان می دهد

 

 

 

 

 

 

 

 

قانون سوم نیوتن:برای هر عملی عکس العملی وجود دارد هم اداره ودر خلاف جهت ان

 

 حرکت امواج مکانیکی در هوا

برهم نهی دو موج با جابجایی های هم جهت مثبت  -برهم نهی سازنده:شکل زیر                                                                                                                                                                                                           

برهم نهی دو موج با جابحا یی خلاف جهت یکد یگر برهم نهی ویرانگر

 

 

موجهای پیش رونده به موجهایی اتلاق می شوند که بدون انتشار ماده انرژی را در محیط منتقل میکنند .

در شکل فوق سفر قله های ا بی قرمز وسبز را می بینید

 

 

امواج ایستاده: امواجی هستند که وضعیت نوسانی

ثا بتی  دارند و در فضا پیش نمی روند. هر ذره با یک دامنه ثابت در جای خود حرکت

 نوسا نی ساده انجام میدهد. بنابراین امواج ایستاده انرژی را نمی توانند از نقطه ای

به نقطه دیگر منتقل نمایند.                      

 چگونگی تولید امواج ایستاده:

همانطور که در شکل زیر می بینید (موج سبز و موج ابی) از تداخل دو مو ج هم بسامد -هم دامنه -با عددموج یکسان و جابحایی های خلاف جهت امواج ایستاده بوجود

می ایدکه موج سیاه رنگ همان موج حاصل یعنی موج ایستاده است

 

مشخصات امواج ایستاده:

۱-گره ها:( NODS) :به نقا طی گفته میشود که از تداخل دوموج در فاز مقابل بوجود امده اند که تداخلشان ویرانگر است و جابجایی از وضع تعادل ودامنه برایند صفر میشود به همین دلیل این نقطه ها همواره ساکنند

۲- شکمها(antinodes):به نقاطی گفته میشود که از تداخل دو موج هم فاز بوجود می اید که تداخلشان سازنده است وبا جابجای بیشینه  از وضع تعادل(مجموع جابجایی های دو موج تداخل کننده)در حالی که دامنه ان بیشینه است به ارتعاش در می ایند. 

 

 

 

 

 

 

حرکت تندشونده و کندشونده

حرکت تندشونده

 

در حرکت تندشونده نمودار سرعت - زمان از محور زمان دور می شود

حرکت تندشونده

 

در حرکت تندشونده نمودار سرعت - زمان از محور زمان دور می شود

حرکت کندشونده

 

در حرکت کندشونده نمودار سرعت - زمان به سوی محور زمان می رود

 

 

 

/ 0 نظر / 12 بازدید