Механика негіздері. Молекулалық физика және термодинамика
МАЗМҰНЫ
Кіріспе
3-4
Бірінші бөлім. Механика
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
Бірінші тарау. Материалдық нүктенің кинематикасы мен динамикасы. Қатты
дененің айналмалы қозғалысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
Ньютон
заңдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 6
Екінші тарау. Жұмыс және энергия. Сақталу заңдары. Серпімді денелердің
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7-8
Инерциялдық емес санақ жүйесі. Инерция
күші ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
Салмақ, салмаксыздық, асқын салмақ және олардың ағзаға
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10-11
Космостық жылдамдықтар әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
Айналмалы қозғалыстағы қатты дененің кинетикалық энергиясы ... ... ...13-14
Центрифуга және оның
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15-16
Күш моменті. Айналмалы қозғалыс динамикасының негізгі
заңы ... ... ... ... .17
Айналмалы денелердің ауыл шаруашылығында
қолданылуы ... ... ... ... ... ... 1 8
Үшінші тарау. Жұмыс және энергия. Сақталу
заңдары ... ... ... ... ... ... ... ... ...19
Механикалық энергияның сақталу
заңы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .20
Бұлшық ет, оның қасиеттері және
жұмысы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 21-23
Кейбір тракторлардың
қуаты ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...24
Төртінші тарау. Серпімді денелердің қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
Кристалл және аморфты денелер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24
Сұйык кристалдар және
полимерлер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25-27
Сүйек пен коллагеннің механикалық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .28
Бесінші тарау. Тербелістер мен
толқындар ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .29
Техникадағы және биологиядағы
тербелістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..29
Гармониялық тербелістің ығысуы, жылдамдығы және үдеуі ... ... ... ... ... 30-
32
Механикалық діріл және оның әсері.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33-35
Өшетін және еріксіз
тербелістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
..36-37
Серпімді ортадағы
толқындар ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..38
Техникадағы және биологиялық процестердегі резонанс құбылыстары ... ...39
Алтыншы тарау. Акустика
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40-42
Есіту
мүшесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..43-45
Инфрадыбыс және ультрадыбыстың қасиеттері,
әсерлері ... ... ... ... ... ... ... ...46
Ультрадыбыстар ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..47
Ультрадыбыстың екі
қасиетті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 48-53
Ультрадыбыстың
әсерлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ...54
Диагностиканың дыбыстық
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
Жетінші тарау.
Гидродинамика ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ..56-57
Идеал және реал сұйықтар. Ағын
түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56-57
Ағынның үздіксіз теңдеуі.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ..58
Бернулли
тендеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 58-59
Бернулли тендеуінің қолданылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .60
Сұйық
тұтқырлығы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ..60-62
Молекулалық
қысым ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 63
Қисық бетті сұйық астындағы қосымша
қысым ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 64
Жұғатын және жұқпайтын
сұйықтар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 64- 65
Гемодинамика
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .66-67
Жүрек-механикалық
насос ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..68
Екінші бөлім. Молекулалық физика және термодинамика ... ... ... ... .69-70
Бірінші тарау.
Газ күйінің біріккен
тендеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ...71
Ілгерілемелі қозғалыстағы молекуланың
энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ..72
Екінші тарау.
Газ молекулалары қозғалысының
жылдамдығы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .73-74
Молекуланың еркің жолының орташа
ұзындығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 75-77
Үшінші тарау.
Тасымалдау
құбылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 78
Организм – жылу реттеудің физикалық
негізгі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...79-80
Төртінші тарау.
Ауаның
ылғалдылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 81
Термодинамиканың бірінші
заңы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1
Бесінші тарау. Биологиялық жүйенің
термодинамикасы ... ... ... ... ... ... ...82-83
Термодинамиканың екінші заңының биологияды қолданылуы ... ... ... ... 84-85
Алтыншы тарау.
Электр өрісіндегі
зат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... .86
Заттардың магниттік
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...87
Шығу жұмысы.
Электрондар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .87
Сұйықтардағы электр
тогы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... .88
Жетінші тарау. Электрдегі биофизикалық
мәселелер ... ... ... ... ... ... .. ... ..89-92
Электродтық
потенциал ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ..93-94
Биоэлектрлік потенциалдарды өлшеу
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...95
Биопотенциалдардың
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...95
Клеткалар мен тканьдерден тұрақты токтын
өтуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .96
Осмос ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..97-99
Магнит өрісінің организмге
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...100- 102
Үшінші бөлім
Бірінші тарау.
Жарық өткізгіштер және талшықты
оптика ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... 103-104
Интерферометрлер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .10 5
Голография туралы
түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..106
Поляриметрия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..106
Жарықтың шашырауы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...107-108
Екінші тарау
Көрінетін жарық
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .109-110
Инфрақызыл сәулелер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..111
Ультракүлгін сәулелер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
..112-113
Төртінші бөлім
Бірінші тарау. Атомдар мен молекулалардың энергетикалық
деңгейлері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ..1 14-115 Екінші тарау. Рентген
сәулелері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...116
-118
Үшінші тарау.Фотобиологиялық
реакциялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .119-120
Төртінші тарау.
Люминесценция ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
121-124
Бесінші тарау. Лазер және оның
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... 125-128
Лазер сәулелерінің қасиеттері
... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
9
Алтыншы тарау.
Рефрактометр және оның қолданылуы.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 130-131
Поляриметр мен сахариметр және олардың биологияда қолданылуы ... ... .132
Жетінші тарау.
Спектрлік
құралдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... 133
Микроскоптар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... .134-135
Сегізінші тарау. Дозиметрия
негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...136-137
Иондаушы сәулелердің
детекторлары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...138-142
Иондаушы сәулелердің организмге
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 143
Таңбалы атомдардың ауыл шаруашылығындағы қолданылуы ... ... ... ... ... .144
Радиоктивті заттардың биосферадағы
қозғалысы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 145
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..146
Қолданылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... 147
Кіріспе
Физика ғылымы табиғат тану ғылымдарының (химия, биология және т.б.)
бастау десе де болғандай. Даму барысында тек өлі табтғатпен істес
болғандықтан физиканың заңдары мен заңдылықтары тек сол өлі табиғатқа
арналған, тек сол өлі табиғатты зерттейтін сияқты көрінеді де тұрады.
Сондықтан физикадан бөлініп шыққан техникалық физика, теориялық механика,
құрылыс физикасы және т.б. денгендерге онша таңбаймыз. Ал биологиялық
физика, медициналық физика деген тіркестердің құлаққа тосын естілетіні де
рас. Алайда, сонғы жылдары, ғылымдардың назары биофизикаға ауып отыр. Оның
басты себебі табиғат зандарының өлі табиғатқа да, тірі табиғатқа да ортақ
екнін білдіретін болса, екінші жағынан физиканың жетістіктері биология мен
медицинада кеңінен қолданылуында болып отыр.
Биофизика дегеніміз әр түрлі сатыдағы биологиялық жүйелерде болып
жатқан физикалық және химиялық процестерді зерттейтін ғылым.
Биофизиканың зерттетін объектісі биологиялық материалдар, яғни тірі
организмдер. Олай болса, физиканың өлі табиғат үшін ашылған заңдарын
өзгеріссіз тірі организмге қолдануға болмайды. Оның себебі тірі организм-
биологиялық жүйе, үнемі динамикалық қозғалыста болады және гетерогендік
әртекті жүйе болып саналады. Атап айтқанда биологиялық жүйе өзін-өзі
басқаратын болдықтан, бұған тән кейбір қасиеттер өлі табиғатта кездеспейді.
Биофизиканың ғылым болып қалыптасуына физика, химия, физиология,
математика, биохимия тәрізді ғылымдардың зор ықпалы тиді. Осы ғылымдардың
негізінде дүниеге келген биофизиканың өз заңдылықтары, өз әдістері бар.
Биофизиканың қалыптасуына ат салысушы ғылымдардың бірі профессор Б.Н.
Тарусовтың айтуы бойынша биофизика дегеніміз биологиялық жүйелердің
физикалық химиясы және химиялық физикасы екен.
1961 жылы Стокгольмде өткен бірінші халықаралық биофизикалық
конгресте биофизиканы мынандай салаларға бөлу ұсынылды: 1) молекула
биофизикасы. Бұл сала организмді түзетін биологиялық молекулалардың
құрылысы мен физикалық қасиеттерін қарастырады; 2) клетка биофизикасы. Бұл
сала клетканың ультрақұрылысын, оның физикалық және химиялық ерекшкліктерін
және клетканың өтімділігін, биоэлектрлік потенциалын қарастырады; 3)
күрделі жүйе биофизикасы (немесе басқару және реттеу процесінің
биофизикасы). Бұл сала организмдегі басқару жүйесінің ішкі байланысын
зерттеу және оның моделін жасау, олардың физикалық табиғатын анықтау
мәселелерімен айналысады.
БIРIНШІ БӨЛІМ
МЕХАНИКА НЕГIЗДЕРI
Механикада материя қозғалысының ең қарапайым түрi — денелердiң бiрiне-
бiрi қарағандағы механикалық қозғалысы қарастырылады. Бiр дененiң қозғалысы
екiнші бiр денеге қарап анықталады. Олай болса, әрбiр қозғалыс салыстырмалы
болады екен. Егер қозғалып бара жатқан дененiң жылдамдығы жарық
жылдамдығымен өлшемдес болса, онда ондай дененiң сипаты релятивтік
механикада берiледi. Ол салыстырмалы теорияға негiзделген. Ал дененiң
жылдамдығы жарық жылдамдығына қарағанда әлдеқайда аз болса, онда ондай
денелер сипатын қарастыратын механиканы классикалық деп атайды. Классикалық
механика Ньютон заңдарына негiзделген.
БIРIНШI ТАРАУ. МАТЕРИАЛДЫҚ НҮКТЕНIҢ КИНЕМАТИКАСЫ
МЕН ДИНАМИКАСЫ
Кинематика. Кинематикада денелер қозғалысы қарастырылады да, ол
қозғалысты тудырған себеп қарастырылмайды. Ең қарапайым механикалық
қозғалыс — материалдық нүктенiң қозғалысы болып табылады. Егер дененiң
формасы (түрi) мен мөлшерiн еске алмайтын болсақ, ондай дененi материалдық
нүкте деп атайды. Механикалық қозғалысты сипаттау үшiн бiз осы материалдық
нүктенiң қандай денеге қарағанда қозғалып бара жатқанын анықтап алуымыз
керек. Осы дененi санақ жүйесi деп атайды. Санақ жүйесi ретiнде Күндi,
Жердi, жұлдызды, бөлменiң қабырғасын және т. 6. алуға болады. Материалдық
нүктенің кеңiстiктегi орнын анықтау үшiн координат жүйесi пайдаланылады.
Материалдық нүктенiң координаттар жүйесiндегi t уақыттағы жағдайы х, у, z
координаталарымен немесе радиус-вектормен (r) анықталады (1-сурет). Уақыт
өткен сайын материалдық нүктенiң орны ауысып отырады, яғни ол орын
ауыстырады, қозғалысқа түседi. Материалдық нүкте өз қозғалысында белгiлi
бiр сызық сызады. Оны траектория деп атайды. Материалдық нүктенiң уакыттың
кез-келген мезгiлiндегi
күйiн сипаттайтын теңдеудi қозғалыс теңдеуi деп атайды. Ол мына түрде
өрнектеледi =φ(t) Декарт координаттар жүйесiнде бұл мынандай формула
бойынша өрнектеледі: x=φ1(t); y=φ2(t); z=φ3(t). Айталық бір мезгiлде (t1)
материалдық нүкте радиус-векторымен бейнеленсiн (2-сурет).
Материалдық нүктенiң бұл жағдайын М1 (х1 y1 z1) деп белгiлейiк. Ендi ∆t
уақыт өткеннен кейiнгi жағдайын М2 (х2 у2 z2) деп белгiлеп, ол вектор-
радиусымен сипатталсын. Сонда ∆t=t2-t1 уақыт iшiнде материалдық нүктенiң
жүрiп өткен жолын ∆s деп алсақ, оның бастапқы (М1) және соңғы (М2)
нүктелерiн қосатын векторды ∆деп белгiлейдi де, оны орын ауыстыру
векторы деп атайды. Ол . Ал қатысын материалдық нүктенің
жылдамдығы деп атайды. Жылдамдық векторлық шама. Оның бағыты траекторияға
жүргізілген жанамамен бағыттас болады. Радиус-вектордың координаттар
осіндегі проекцияларын x,y,z деп белгілесек, онда жылдамдық векторының
осьтегі проекциялары былайша өрнектеледі:
υx=; υy=; υz=
Уақыт өткен сайын жылдамдықтың өзгерiсiн сипаттау үшiн үдеу деген ұғым
енгiзiледi.
Үдеу деп жылдамдықтан уақыт бойынша алынған туындыны айтады.
Үдеу векторлық шама. Әдетте үдеу векторын екiге жiктейдi. Бірi
траекторияға жүргiзiлген жанама бойымен кетедi, оны тангенстi деп атап,
деп белгiлейдi, ал екiншi траекторияға жүргiзiлген перпендикуляр
бойымен кетедi. Оны центрге тартқыш деп атап, деп белгiлейдi.
Тангенстi (жанама) үдеу жылдамдық шамасын өзгертсе, центрге тартқыш үдеу
жылдамдықтың бағытын өзгертедi. Тангенстi үдеу = формуласымен
өрнектелсе, центрге тартқыш үдеу = формуласымен бейнеленедi.
Сонымен үдеу векторы оның модулы былайша анықталады:
a=
НЬЮТОН ЗАҢДАРЫ
Қозғалысты тудыратын себептер динамикада қарастырылады. Динамика
негiзiне Ньютон заңдары жатады. Ньютонның үш заңы бар. Оның бiрiншi заңы
сыртқы күш әсер етпейтiн дененiң қозғалысы туралы әңгiме қозғайды. Ол
былай айтылады: егер денеге басқа бір дене әсер етпесе, онда ол өзінің
тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалыс күйін сақтайды.
Ньютонның екінші заңы былайша өрнектеледi:
осыдан Мұндағы материалдық нүктенiң импульсi деп
аталады.
Сонымен Ньютонның екiншi заңы деп бейнеленедi. Басқаша айтқанда,
импульстен уақыт бойынша алынған туынды материалдық нүктеге әсер ететiн
күшке тең екен. Ньютонның үшiншi заңы былайша айтылады. Егер А дене Б
денеге F1 күшпен әсер етсе, онда Б дене А денеге F2 күшiмен әсер етедi,
яғни
F1=-F2. Айта кететiн бір жай F1 және F2 күштерi әр түрлi денелерге
түсiрiледi.
Физикалық шамалардың өлшем бiрлiктерi туралы аздап түсiнік бере кетейiк.
Бiрлiктердiң Халықаралық жүйесi БХЖ негiзгi жеті бiрліктен тұрады. Олар:
ұзындықты өлшейтiн метр (м), массаны өлшейтiн килограмм (кг), уақыт өлшемi
- секунд (с), ток күшi өлшемi — ампер (А), термодинамикалық температура
өлшемi — кельвин (К), жарық күшi — кандела (кд) зат мөлшерi — моль (моль).
Сонымен қатар бұл жүйеге екi қосымша (радиан және стерадиан) және он жетi
туынды бiрлiк (люкс, люмен, герц, ньютон, паскаль, джоуль, ватт, кулон,
вольт, фарад, ом, сименс, вебер, тесла, генри, беккерель және грэй)
енгiзiлген. Күш бiрлігі Ньютонның екiншi заңы негiзiнде анықталады:
[F]=[m]·[a]=1кг·1м⁄с2=1кг·м⁄с2=1Н (ньютон)
ЕКІНШI ТАРАУ. ҚАТТЫ ДЕНЕНІҢ АЙНАЛМАЛЫ ҚОЗҒАЛЫСЫ
Бiз жоғарыда материалдық нүкте деген ұғым енгiзген едiк. Алайда, өмiрде
барлық денені материалдық нүкте деп қарастыруға келе бермейдi. Кей
жағдайда дененiң формасы (түрi) мен мөлшерiн еске алмайтын болсақ, онда ол
дене туралы, оның қасиеттерi жөнiнде толық мағлұмат ала алмауымыз мүмкiн.
Әсіресе бұл жағдай қатты дененi зерттегенде анығырақ бiлінеді. Дененiң
қозғалысы барысында оның кез-келген екi нүктесiнiң немесе екi бөлiгiнiң ара
қашықтығы (өзара орналасуы) өзгермейтiн болса, ондай дененi абсолют қатты
дене деп атайды. Шындығында табиғатта абсолют катты дене жоқ. Қатты дене
iлгерiлемелi және айналмалы қозғалыста болады. Қатты дене iлгерiлемелi
қозғалысқа түскенде оның нүктесi бiрдей траектория сызады. Ал қатты дене
айналмалы қозғалысқа түскенде оның барлық нүктесі шеңбер сызады. Бұл
шеңберлердiң центрлері бір түзудiң бойында жатады да, оны - айналу осi деп
атайды. Айналмалы қозғалыстағы дененің нүктелерiнiң сызықтық жылдамдығы
мен үдеуi әр түрлі болады. Сондықтан айналмалы қозғалысты сипаттау үшiн
бұрыштық жылдамдық пен бұрыштық үдеу ұғымдары енгiзiледi. Бұл шамалар
белгiлi бір мезгiлде қатты дененiң барлық нүктесi үшiн бiрдей болады.
Айналып тұрған дененің айналу осiне перпендикуляр жазықтықтар жүргiзейiк.
Осы жазықтықтың бiрiн қарастырайық (З-сурет).
Егер дене (3-сурет) ∆t уақыт iшiнде ∆φ бұрышқа бұрылған болса, онда
оның айналу тездiгi бұрыштық жылдамдықпен сипатталады:
Дене бiрқалыпты айналғанда ω шамасын айналудың бұрыштық жиілiгi деп
атайды. Ал ν= шамасы бiрлiк уақыт iшiнде айналым санын көрсетедi де
айналу жиiлігi деп аталады. Ал бір айналудың ұзақтығы оны айналу периоды
деп атайды.
Сонымен
ω==2πν
Бұрыштық үдеу бұрыштық жылдамдықтың өзгеру тездiгiн сипаттайтын шама:
Сызықтық және бұрыштық жылдамдықтардың арасындағы байланыс: s=rφ
Осы теңдiктен уақыт бойынша туынды алсақ:
немесе ν=rω (1)
Егер бұрыштық жылдамдықты айналу осi бойымен бағытталған вектор деп
қарастырсақ, онда мен -дiң векторлық көбейтiндiсi векторын
бередi, яғни =×
(I) теңдiктен уақыт бойынша туынды алсақ:
немесе а=r·ß
Бұрыштық жылдамдық I сек iшiндегi радианмен, ал бұрыштық үдеу радс2- пен
өлшенедi.
ИНЕРЦИЯЛДЫҚ ЕМЕС САНАҚ ЖҮЙЕСІ. ИНЕРЦИЯ КҮШІ
Ньютонның бiрiншi және екiншi заңдары кез келген жүйеде орындала
бермейді. Ньютон заңдары орындалатын жүйені инерциялдық санақ жүйесі деп
атайды. Бiрқалыпты және түзу сызықты қозғалыстағы санақ жүйесi инерциялдық
санақ жүйесi деп аталады. Күнмен байланысты санақ жүйесiн гелиоцентрлік
санақ жүйесi дейміз. Бұл санақ жүйесiн инерциялдық санақ жүйесi деп
қарастыруға болады. Барлық инерциялдық жүйелер бiрiне-бірі қарағанда
бiрқалыпты және түзу сызықты қозғалады немесе тыныштық күйде болады.
Инерциялдық санақ жүйесiне қарағанда үдей қозғалатын жүйенi инерциялдық
емес санақ жүйесi деп атайды. Инерциялдық емес санақ жүйесiнде Ньютон
механикасы орындалмайды. Алайда, өмірде бiз инерциялдық емес жүйеге
қарағанда дененiң қозғалысын көбiрек қарастырамыз. Ньютон механикасын
инерциялдық емес санақ жүйесiне қолдануға бола ма, болатын болса, онда
Ньютон механикасы қандай өзгерiстерге ұшырайды деген сұрақ туады. Мектептiң
физика курсынан бiлетiнiмiздей дененің үдеуге ие болуына күш әсер етедi.
Бұл Ньютон механикасының негiзi болып саналады. Ал ендi үдей қозғалатын
координаттар жүйесiнде қосымша күштер пайда болады. Бұл қосымша күштер
кейбiр инерциялдық емес санақ жүйесiне қарағанда бар болатын үдеу
нәтижесiнде пайда болады. Мұндай күштер инерция күштері деп аталады.
Басқаша айтқанда, инерциялдық емес санақ жүйесi инерциялдық санақ жүйесiне
қарағанда үдей қозғалатын болса, онда инерция күштерi пайда болады.
Инерция күштерi денелердiң бiрiмен-бiрiнiң әсерлерiнен пайда
болмайды. Олар санақ жүйесiнiң үдей қозғалуынан пайда болады. Сондықтан да
инерция күштерi үшiн Ньютонның үшiнші заңы орындалмайды. Инерция күші
денеге тек қана инерциялдық емес санақ жүйесiнде әсер етедi. Ал инерциялдық
санақ жүйесiнде инерция күшi әсер етпейдi. Инерция күшi тартылыс күшi
тәрiздi дененің массасына пропорционал болады. Инерциялдық емес санақ
жүйесiндегi инерция күшi дегендi түсiну үшiн бір мысал келтiрейiк. Қозғалып
келе жатқан автобусты аялдамаға қарағанда инерциялдық емес санақ жүйесi деп
қарастыруға болады. Осы автобустың iшiнде жолаушы бар делiк. Тежегiштi күрт
басқанда автобустағы жолаушы iлгерi ұмсынып қалады. Бұл инерция күшінің
әсерiнен пайда болады. Сол сияқты корабльдi аспанға алып ұшқан ракета
қозғалысының әсерiнен космонавт инерция күшін сезедi.
САЛМАҚ, САЛМАҚСЫЗДЫҚ, АСҚЫН САЛМАҚ ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ОРГАНИЗМГЕ ӘСЕРI
Дененiң жерге гравитациялық тартылуы дененiң салмағы (Р) деп аталады.
Салмақ статикалық және динамикалық тұрғыдан бiлiнедi. Дененiң тiреуге
түсiретiн күшi дене салмағының статикалық тұрғыдан бiлiнуi болып саналады.
Яғни . Мұндағы - дененiң салмағы, тiреу тарапынан
көрсетiлетiн реакция. Серiппелi таразыларымен денелердiң салмағын өлшеу
салмақтың статикалық тұрғыдан бiлiнуiне негiзделген.
Салмақтың динамикалық тұрғыдан бiлiнуi, =-ге тең болады.
Мұндағы m - дененiң массасы, еркiн түсу үдеуi.
Жер бетiнiң қай нүктесiне орналасуына байланысты дененің салмағы әр
түрлi болады. Мысалы К денесiн φ – ендiкте орналасқан деп алайық (4-сурет).
Осы денеге бүкiл әлемдiк тартылыс күшi центрден тепкіш күш F2
және тiреудiң реакция күшi әсер етедi. Осы дене жерге қарағанда
тыныштық күйде тұратын болғандықтан ++=0 болады.
Ал =- екенiн ескерсек, = +
(1).
Енді =G (2) белгiлi, мұндағы m — дененiң массасы, М — жердiң
массасы, г — жер радиусы.
Және Р= -===mω2 r cosφ (3) мұндағы ω— жердiң айналуының
бұрыштық жылдамдығы, (2) және (3) формулаларындағы F1 мен F2-нiң мәнін
ескерсек, онда дененiң салмағы мынаған тең болады:
P=
Бұл формуладан дененiң салмағы массаға тура пропорционал және дененiң жер
бетiнде орналасуына (φ-ге) тығыз байланысты екенiн байқаймыз.
Жер полюсiнде (яғни φ= ) дененің салмағы ең үлкен мәнге ие болады
да, ол Р= F1 болады. Ал экваторда (φ=0) дененiң салмағы ең аз мәнге ие
болады да, ол Р= F1 - F2-ға тең келедi. Атап айтқанда, экваторда F2 күшi F1
күшiнiң 0,6 процентiне тең болады. Олай болса, экватордағы салмақ пен
полюстегi салмақтың айырмашылығы 0,6% болады екен.
Дене тiреумен қоса қозғалсын делiк. Оның үдеуiн а делiк.
Ньютонның екiншi заңын қолдансақ =+ немесе
=+, осыдан =m(-). Ал дененiң салмағы мен
тiреудiң реакция күшi сан жағынан тең болғанымен, бағыттары қарама-қарсы
болады, яғни Р=- , олай болса=m(-). Егер дененiң үдеуi
а=0 болса, онда = табамыз. Бұл дененің салмағы.
Егер = деп алсақ, онда тiреуге түсетiн қысым жоғалып кетедi,
дененің осы күйiн салмақсыздық деп атайды.
Космос корабльдерi жердi айнала қозғалғанда оның ішiндегi заттар
(денелер) салмақсыздық күйде болады (бұл кезде корабль двигательдерi жұмыс
iстемейдi деп аламыз).
Космоста пайда болатын салмақсыздық күйiн жер бетiнде iске асуы қиын
кейбiр технологиялық процестердi жүзеге асыруға пайдалануға болады. Мысалы,
ерiтiлген металдардан формасы сфералық дене жасап алуға болады екен. 1969
жылы Союз-6 кораблi ұшқан кезде космоста алғаш рет салмақсыздық және
вакуум жағдайында металл пiсiру жұмысы жүзеге асырылды.
Адам баласы болсын, жан-жануар болсын жер бетiнде өмiр сүрiп келе
жатқандықтан олар оның тарту күшiне дағдыланған. Ендi олар космосқа сапар
шеккенде салмақсыздық күйде қандай жағдайға тап болады. Салмақсыздық
адамның орталық жүйке тамырына, вестибулярлық аппаратына, қан тамырына және
т. б. әсер етедi. Салмақсыздық басталысымен кейбiр космонавтардың
вестибуляр аппаратының жұмыс iстеуi нашарлайды. Адамның басы ауырлап, оны
көтере алмайды. Алайда, космонавтар салмақсыздық күйге тез үйренiп кетедi.
Жер бетiнде атқаруға энергияны көп қажет ететiн кейбiр операциялар
салмақсыздық кезiнде оңай, тiптi аз энергия жұмсасақ та атқарылады екен.
Космоста ұзақ уақыт ұшқан космонавтарда мынандай өзгерiстер болуы мүмкiн.
Бiрiншiден, адамның өзiн тіп-тік статикалық және динамикалық тұрғыда ұстап
тұруы бұзылады. Функциялық атрофия пайда болады. Атап айтқанда, адамның
өзiн тiк ұстап тұруға көмектесетiн гравитацияға қарсы бұлшық еттерi
атрофияға ұшырайды. Жер бетiндегi денелер ауырлап кеткендей көрiнеді.
Екiншiден, адам вертикаль күйден горизонталь күйге (немесе керiсiнше)
өткенде басы айналып кетедi. Гемодинамикалық өзгерiстер де байқалады, яғни
қан құрамы өзгередi. Үшiншiден, зат алмасуы, атап айтқанда су — тұз алмасуы
өзгерiске ұшырайды. Сүйек тканьдерiнде кальций мен фосфордың аздығынан
остеопоразе кұбылысы байқалады. Бұл процестердiң бәрi қайтымды болып
саналады. Атап айтқанда, бiраз уақыт өткеннен кейiн оның бәрi өзiнiң
бұрынғы қалпына түседi. Космонавт ұшып жүргенде стадионда, жүгiру
жолында, велоэргометрде арнаулы жаттығулар жасай отырып, әлгi айтылған
жағдайларды болдырмауға болады екен. Сол сияқты космос кораблін әзiрлегенде
оның iшiнде ауырлық күшi пайда болатындай жағдай жасалынады. Бұл жағдай
Чибис атты вакуумдiк камерада жүзеге асады. Осының бәрi ұзак мерзімге
созылған салмақсыздық әсерiнен космонавт организмiнде айтарлықтай өзгерiс
тумауына себепші болады.
Тiрек реакциясының салдарынан денені деформациялайтын қысымды бiз
салмақ деп атадық. Жер бетiндегi кез келген денеге ауырлық күшi мен оған
қарсы бағытталған тiрек реакциясы әсер етедi. Осы күштердің әсерiнен
дененiң жеке мүшелері арасында қысым күші пайда болады. Дененiң үдемелi
қозғалысының салдарьнан оның жеке мүшелерiнің бiр-біріне жасайтын қысымының
артуын асқын салмақ деп атайды. Еркiн түсу үдеуiнен (g) n есе көп үдеумен
(ng=a) жоғары қарай тiк қозғалған денеге тiрек реакциясы тарапынан әсер
ететiн күш (Q) салмақ күшiнен (n+1) есе көп болады, яғни а=(n+1) mg=(n+1)P.
Осы күш әсерiнен космос кораблiнде асқын салмақ пайда болады. Оны корабльде
отырған космонавт анық сезедi.
КОСМОСТЫҚ ЖЫЛДАМДЫҚТАР ӘСЕРІ
Бiздiң заманымызда космостық ұшу онша таң емес. Ол тiптi үйреншiктi
iске айналып бара жатыр. Сондықтан да космостық жылдамдық не деген мәселені
қарастыру артық болмас. Космос корабльдерiнiң орбитаға шығу кезiндегi
жылдамдықтарын космостық жылдамдықтар деп атайды. Корабльдердiң қозғалу
траекториясының түрiне (формасына) байланысты космостық жылдамдықтардың
мәнi әр түрлi болады. Егер корабльдің жылдамдығы секундына 7,910 км болса,
онда оны бiрiншi космостық жылдамдық деп атайды. Бұл жылдамдық мына
формуламен анықталады:
υ1=
мұндағы r — Жер радиусы. Бiрiншi космостық жылдамдыққа ие болған космостық
аппараттар Жердiң жасанды серiгiне айналады, басқаша айтқанда, Жердi шеңбер
бойымен айнала қозғалады. Ал космостық аппараттар (корабль, спутник)
жылдамдығы бiрiншi космостық жылдамдықтан аз болса, онда ол жерге құлап
түседi. Ал оның жылдамдығы бiрiншi космостық жылдамдықтан көп болса, онда
оның траекториясы гипербола немесе парабола болады да, ол Жердi парабола
немесе гипербола бойымен айнала бастайды.
Егер космостық аппараттың жылдамдығы υ2==11,3 кмс болса, оны
екiншi космостық жылдамдық деп атайды. Бұл кезде космостық аппарат парабола
бойымен Күндi айнала қозғалады. Ал, аппараттың жылдамдығы υ3= =43 кмс
болса, онда оны үшiншi космостық, жылдамдық деп атайды. Бұл кезде аппарат
күннiң тартылысын жеңiп, Күн жүйесiнен тыс кетедi.
Космостық корабльдердің ұшырылуын және олардың Жерге қайтып оралуын
қамтамасыз еткеннен кейiн космостық тiрi организмдерге тигiзетiн әсерi
зерттеле бастады. Оны космостық биология зерттейдi. Космостық биология
зерттеулерiнде вирустардан бастап сүт қоректiлердi қоса, түрлi организмдер
пайданылады. Космостық биология сонау 30-жылдары басталды. 1935 жылы СССР-
1-бис стратостатында космос радиациясының мутагенез процесiне тигiзетiн
әсерi зерттелген-дi. Сонан кейiн елуiншi жылдары ракетамен маймыл, ит және
т.б. ұшырылды. Лайка атты ит спутникте ұзақ уақыт ұшты. Космос корабльдерiн
жерге қайтаруды үйренгеннен кейiн космостық биологияның жаңа кезеңi
басталды. Бұл кезде космоста ит, бақа, шыбын, теңiз шошқасы, бiр клеткалы
балдырлар (хлорелла), адам және жануарлар тканi, вирустар, бактериялар және
т. б. болып қайтты. Жер-Ай-Жер бағытында ұшырылған Зонд станциясында
тасбақа, пияз, балдыр және т.б. биологиялық объектiлер зерттелдi. Космостық
биология зерттеулерi адамның космоста ұзақ уақыт өмiр сүре алатынын және
жұмыс қабiлетiн жоғалтпайтынын делелдеп бердi. Космоста пайда болатын
салмақсыздық нәтижесiнде ген мен хромосомның өзгерiске ұшырамайтыны да
анықталды. Қазiргi кезде салмақсыздықтың клетка iшiндегi процестерге,
организмдегi физиологиялық және биологиялық процестердiң өзгеруiне
тигiзетін әсерi кеңiнен зерттелуде. Космостық биологияның негiзгi
мәселелерiнiң бірі— адамның космоста ұзак уақыт тiршiлік етуiне қажеттi
жағдайдың биологиялық негiзiн анықтау болып есептеледi.
АЙНАЛМАЛЫ ҚОЗҒАЛЫСТАҒЫ ҚАТТЫ ДЕНЕНIҢ КИНЕТИКАЛЫҚ ЭНЕРГИЯСЫ. ИНЕРЦИЯ МОМЕНТІ
Қозғалмайтын осьтен айналып тұрған қатты дененiң кинетикалық
энергиясын есептейiк. Ол үшiн қатты дене n элементар бөлiктен тұрады
делiк. Элементар бөлiктер қозғалғанда әр түрлi радиустегі шеңбер сызады да
олардың сызықтық жылдамдықтары әр түрлi болады. Ал ол элементар
бөлiктердiң бұрыштық жылдамдықтары бiрдей болады: υ1=ω2r1, υ2=ωr, ..,
υn=ωrn. Айналып тұрған дененiң кинетикалық энергиясы элементар бөлiктердiң
кинетикалық энергияларының қосындысына тең болады:
Мұндағы
I= m1r12+ m2r22+...+ mnrn2=
дененiң айналмайтын оське қарағандағы инерция моментi деп аталады. Инерция
моментi деп айналып тұрған дененiң массасының сол денеден айналу осiне
дейiнгi ара қашықтығының квадратының көбейтiндiсiн айтады.
Инерция моментi дененiң массасына және оның айналу осiне қарағанда
қалай орналасқандығына тығыз байланысты болады.
Егер дененiң ауырлық центрi арқылы өтетiн оське қарағанда оның инерция
моментi I0 болса, онда осьтен параллель а қашықтықтан өтетiн оське
қарағандағы дененiң инерция моментi Штейнер теоремасымен анықталады (5-
сурет): I=I0+mа2
Массасы m болатын кейбiр дснелердiң ОО1 симметрия өсiне қарағандағы
инерция моментiн қорытусыз беремiз:
1) осьтен а қашықтықта орналасқан массасы m дененi4 инерция моментi
мынаған тең (6-сурет): I= mа2.
2) бiртектi тұтас цилиндрдiң (диск) оның осiне қарағандағы инерция
моментi (7-сурет): I=mR2.
3) ұзындығы l бiртектi стерженьнiң ортасына перпендикуляр орналасқан
оське қарағандағы инерция моментi (8-сурет):
I= ml2
ЦЕНТРИФУГА ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚОЛДАНЫЛУЫ
Центрифуга (центр және fuga — жүгiру, жүгiрiс), әртектi жүйенi (мысалы,
суспензияны) центрден тепкiш күштi пайдалану арқылы жiктеуге арналған
қондырғы. Центрифуганың негiзгi бөлiгі ротор болып саналады. Ол роторда
тесiктер болады да, оған сұйығы бар пробиркалар орналастырылады.
Центрифуганың жұмысын түсiну үшiн 9-суретте көрсетiлген пробирканы алайық.
Осы пробирканы ОО1 осiмен айналдырғанда центрден тепкiш күштiң әсерiнен
пробирка горизонталь орналасады. Бұрыштық жылдамдығы 60000 айнмин тең
болатын роторларда үдеу 104 -105 g-ге дейiн жетедi. Осы центрге тартқыш
күштің әсерiнен пробиркадағы тығыздығы әр түрлi суспензиялар компоненттерге
жiктеледi. Басқаша айтқанда, центрге тартқыш күштiң әсерiнен тығыздығы
көбiрек бөлшектер пробирканың
түбіне жиналады да, тығыздығы азырақ бөлшектер үстiңгі жағында орналасады.
Пробиркадан айналу осiне дейінгі арақашықтық аналитикалық роторларда R=6,5
см болады. Макромолекулалардың ерiтiндiлердегі қасиетін және заттарды
жіктеу үшiн седиментация жылдамдығы әдісі қолданылады. Пробирка iшiндегi
сұйықтағы бір макромолекулаға екi күш әсер етедi: біріншісі центрден
тепкiш күш Fц.т.=Vρ1ω2R Мұндағы V— макромолекула көлемi, ρ1 —
макромолекуланың тығыздығы, ω —ротордың бұрыштық жылдамдығы, R — айналу
осiне дейінгі арақашықтық. Екіншi жағынан макромолекулаға Архимед күшi әсер
етедi, ол FА.к.=Vρ2ω2R. Мұндағы ρ2 — сұйықтың (ерiтiндiнің) тығыздығы. Осы
екi күштiң қорытынды күшi мынаған тең: F=V(ρ1- ρ2)ω2R. Егер ρ1ρ2 болса,
онда макромолекула пробирканың түбiне шөгедi. Ерiтiндi тұтқыр болғандықтан
онда қозғалып бара жатқан макромолекулаға Стокс заңы былайша F1=6πηrυ әсер
етедi. Макромолекула тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда осы екi күш бiрiне-
бiрi тең болады, яғни F= F1 немесе V(ρ1- ρ2)ω2R=6πηrυ, мұндағы r-
макромолекуланың радиусы. Осыдан жылдамдықты тапсақ:
υ= ·V(ρ1- ρ2); ал =S-
седиментация коэффициентi деп белгiлесек, онда
υ= V(ρ1- ρ2) S
(1)
Ал макромолекуланың массасы m= ρ1V екенiн ескерсек, онда (1) формуласы мына
түрге енедi:
υ= m(1- ) S (2)
(2) формуладан көрiп отырғанымыздай макромолекуланың шөгу жылдамдығы (υ)
бөлшектiң (макромолекуланың) өлшеміне (mS) тығыз байланысты екен. Басқаша
айтқанда бөлшектiң өлшемi (mS) өскен сайын оның шөгу жылдамдығы арта
түседi. Олай болса, ерiтiндiде араласып жүрген өлшемi әр түрлi бөлшектердiң
ең ауыры пробирканың түбiне шөгiп, жеңiлi одан жоғарырақ орналасады екен.
Әсiресе центрифуга көмегiмен полимерлердi фракцияға бөлiп алуға болады.
Сөйтiп әр түрлi фракциялардың молекулалық салмағын анықтауға болады.
Центрифуга биология мен химияда кеңiнен қолданылып жүр.
Сүттен қаймақты ажыратып алу үшiн қолданылатын центрифуганы центрден
тепкiш типтегi сеператор деп те атайды. Сеператордың негiзгi бөлiгi айналып
тұратын барабан. Ол минутына 6·103-12·103 айналым жасайды. Барабанның
iшiнде конус түрiндегi тарелкалар орналасады. Осы тарелкалар сүттi әр түрлі
қабаттарға бөлiп отырады. Тарелкаларда вертикаль түрде ойылған тесiктер
бар. Осы тесiктерден сүт ағып тұрады. Тарелкалар арасында жиналған сүттi
айналмалы қозғалысқа түсiргенде центрден тепкiш күштiң әсерiнен сүттен
қаймақ бөлiнiп шығады. Сеператордың көмегiмен бiр сағатта жиырма бес мың
литр сүт тартып, майлылығы 30—45% және 80 проценттiк қаймақ шайқап алуға
болады. Сонымен қатар сеператор сүт тазарту iсiне де пайдаланылады.
Сеператормен сүттен бактериялар айдап шығуға да мүмкiндiк бар. Мұндайда
сүттен бактериялардың тоқсан процентiн айдап шығуға болады екен.
Центрифугамен қатар ультрацентрифуга да қолданылады. Онымен 100 нм-ден
кем бөлшектер жiктелiнiп жүр. Атап айтқанда сұйықтардағы белоктардың
макромолекулалары, коллоидтар, нуклеин қышқылдары, полимерлер,
полисахаридтер жiктелiнедi. Бұл ротордың айналуынан пайда болған үдеудiң
әсерiнен жүзеге асады. Мұндай үдеу ауырлық күшiнiң үдеуiне қарағанда өте
көп болады. Ультрацентрифуга көмегiмен жоғарғы молекулалы қосылыстар,
вирустар жiктелiнедi және зерттелiнедi. Ол сахароза ерiтiндiсiн,
биополимерлердi жiктей алады. Ультрацентрифуга көмегiмен қанды алмастыратын
зат дайындауға болады, ол клиникалық диагностикада кеңiнен пайдаланылады.
БҰРЫШТЫҚ ЖЫЛДАМДЫҚТЫ ӨЛШЕУ ӘДIСТЕРІ
Машиналар мен механизмдердiң айналып тұратын бөлiктерiнiң бұрыштық
жылдамдығын өлшейтiн құралды тахометр деп атайды. Жұмыс iстеу принципiне
байланысты тахометрлер центрден тепкiш, сағаттық, магнитоиндукциялық,
стробокоптық, электрлiк, резонанстық, электрондық және сандық тахометр
болып бөлiнедi.
Центрден тепкiш тахометр айналу осiнен бiршама қашықтықта орналасқан
қатты дененiң айналу кезiндегi пайда болатын центрден тепкiш эффектiсiне
негiзделген. Мұндай тахометрдің көмегiмен мәнi 25 айнминутке тең 10000
айнмин арасындағы бұрыштық жылдамдық өлшенедi.
КҮШ МОМЕНТІ. АЙНАЛМАЛЫ ҚОЗҒАЛЫС ДИНАМИКАСЫНЫҢ НЕГIЗГI ЗАҢЫ
Қатты дененi (10-сурет) қозғалмайтын осьтен айналдыру үшін оған әсер
ету керек. Бұл дененi қозғалысқа келтiретiн F күшiн айналдырушы күш деп
атайды. Орта мектептiң физика курсынан бiлетiнiмiздей F күшiнiң әсерi оның
мәнiне ғана теуелді болмайды. Ол сонымен қатар күштiң түсу нүктесi В-дан
айналу осiне дейiнгi арақашықтыққа да тәуелдi болады, яғни күш моментiне
байланысты болады:
=×
Айналдырушы күш моментi (айналдырушы момент) М деп айналдырушы күштiң F
шеңбер радиусына (r) көбейтiндiсiн айтады.
Айналып тұрған қатты дененi материалдық нүктелерге бөліп, олардың
массаларын ∆m1, ∆m2,... ∆mn деп белгiлейiк. Бұл массалар айналу өсiнен r1,
r2, ... rn қашықтықта орналасқан екен делiк. Әрбiр элементар массаға (∆mi)
элементар айналдырушы күш (∆F) әсер етедi.
Ньютонның екiншi заңы бойынша:
∆ =∆mi·
Мұндағы ai-элементар массаның сызықтық үдеуi. Соңғы тендеудiң екi жағын да
элементар масса сызған шеңбердiң радиусына көбейтсек: ∆· ri=∆mi· ri
ал сызықтық үдеу = екенiн еске алсақ, онда ∆·
ri=∆miri2 элементар массаны қозғалысқа келтiретiн айналдырушы момент
екендiгiн еске алсақ, әрi ∆mi·ri2=∆Ii деп белгiлесек, онда соңғы формула
былай түрленедi:
∆=∆Ii·
∆Ii шамасы —элементар массаның инерция моментi деп аталады. Айналдырушы
моменттердiң ∆M i қосындысы:
10-сурет
∑∆Mi=β∑∆Ii
Мұндағы ∑∆= денеге түсiрiлген айналдырушы момент, ал ∑∆Ii=I дене
инерциясының моментi екенiн еске алсақ =. Бұл формула айналмалы
қозғалыс динамикасының негiзгi заңы, немесе айналмалы қозғалыс үшiн
Ньютонның екiншi заңы деп аталады. Оны түрлендiрсек:
==I·;
= шамасын импульс моментi деп атайды.
АЙНАЛМАЛЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҒЫНДА ҚОЛДАНЫЛУЫ
Айналмалы қозғалыстар центрден тепкiш насостар (сорғыштарда),
компрессорлар, желдеткiш жұмыстарында анығырақ бiлiнедi. Центрден тепкiш
насостар суық немесе ыстық суларды, қышқылдар мен сiлтiлердi, көмірдi, күл
мен шлакты бір жерден екiншi жерге беру үшiн қолданылады. Центрден тепкiш
насостарды кейде су көтергiш машиналар деп те атайды. Олардың жұмыс iстеу
принципi айналып тұратын дөңгелектер арасындағы сұйық бөлшектерiне
кинетикалық энергия жеткiзiп беруге негiзделген. Бұл насос ауыл
шаруашылығында кеңiнен пайдаланылады. Малды өнеркәсiптiк негiзде өсiруге
байланысты, оларды қысы-жазы жабық қорада ұстауға тура келедi. Мiне осы
қораның iшкi температурасын қалыпты жағдайда ұстау үшiн центрден тепкiш
желдеткiш пайдаланылады. Мұның да жұмыс iстеу принципi центрден тепкiш
насостардiкiне ұқсас. Тек мұнда судың орнына ауа айдалады. Желдеткiштің
көмегiмен қора ішіндегі иiс сорылып далаға шығарылады да, оның орнына таза
ауа айдалады. Сөйтіп, мал қораның ауасы үнемі тазарып тұрады.
Кез келген ауыл шаруашылығы машинасы айналмалы бөліктен тұрады.
Мәселен комбайнды алайық. Оның молотилкасының негiзгi бөлiгi оның барабаны
болып саналады. Айналу жиiлiгi 1300 айналыммин барабан тiстерi астық дәнiн
сыпыра алады.
Ендi шөп шапқыш (косилка) машинаны алыңыз. Мұнда да қозғалыс оның
дөңгелегi арқылы пышаққа берiледi. Дөңгелек пен пышақты шестернялар мен
бiліктер жалғастырады. Немесе оны кривошиптi-шатунды механизм деп атайды.
Осы механизмнiң бөлшектер айналымы қозғалыстың мысалы бола алады. Немесе
астық тазартқышты алайық. Оның негiзгi бөлшектерін (білік, ролик)
қарастырып көрейiк.Атап айтқанда, транспортер екі роликтен тұрады. Осы
роликтердiң қозғалысы айналмалы қозғалысқа мысал бола алалы.
ҮШІНШI ТАРАУ. ЖҰМЫС ЖӘНЕ ЭНЕРГИЯ. САҚТАЛУ ЗАҢДАРЫ
Денеге тұрақты F күшiмен әсер еткенде, ол s жол жүрсiн делік. Сонда бұл
күштiң жұмысы A=F·s cos α-ке тең болады. Жалпы алғанда күш өзгерiп отырады.
Олай болса, айнымалы күштің жұмысын табу үшiн жүргiзiлген жолды өте кішкене
бөліктерге бөлемiз. Осы кiшкене бөлiктердегi денеге әсер ететін күш тұрақты
деп қарастырылады. Сонда ол жұмыс мынаған тең: dAn=Fn·dsnCosαn. Ал ендi s
жолындағы жұмысты табу үшін осы элементар жұмыстың қосындысын аламыз:
A=dA=∫Fn·dsnCosαn=F·sCosα
Егер α90˚ болса, онда жұмыс оң деп, ал α90˚ болса, онда жұмыс терiс деп
аталады. Ал α=90˚ болса, онда жұмыс нольге тең. Жұмыстың өлшем бiрлiгiне
Джоуль (Дж) алынады. 1 Дж=I Н. 1 м. Жұмыстың iстелу жылдамдығын анықтау
үшін қуат деген ұғым енгiзіледі. Қуат деп ∆t уақыт iшiнде iстелген ∆A
жұмыстың осы уақытқа қатысын айтады:
N===F·υ
Дене тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда, оның қуаты соңғы формуламен
анықталады. Қуаттың өлшем бiрлiгiне Ватт (Вт) алынады.
1 Вт=1;
Дененiң жұмыс iстеу қабiлетiн энергия деп атайды, яғни dA=dE. Ал dA=F·ds
екенiн және F=m· екенiн ескерсек, онда
dA=F·ds=m·ds=mdυ·=mυdυ
Сонымен
dA=dE=mυdυ
Егер дене жылдамдығын υ1 ден υ2 дейiн өзгертетiн болсақ, онда iстелген
жұмыс былайша табылады:
немесе К= бұл дененің кинетикалық энергиясы. Кинетикалық энергия
дененің массасына және оның жылдамдығына байланысты екен. Егер күштің
әсерінен жасалыңған жұмыс де-
ненің жүріп өткен жолынын формасына (траекториясына) бай-
ланысты болмаса, ондай күшті консервативті деп, ал
жолдың формасына байланысты болса, онда диссипативті
деп атайды. Денені жер бетінен h1 және h2 биіктікке көтергенде
гравитациялық күштің атқаратын жұмысы потенциялық энер-
гия деп аталады да, ол манаған тең болады:
П = тgh2 – тgh1 = mg (h2 —h1)
Сол сияқты консервативтік күштердің қатарына серпімділік
күштері де жатады. Серіппені созғанда (dх) серпімді күштің
әсерінен істелетің жұмысты табайық:
Мүндағы dх — серіппенің ұзаруы, =kx – ті еске алсақ
Ал серінпе х1-деп х2 кейін созылса, онда жұмыс
Ппотенциялық энергия.
Мұндағы х1 және х2 серіппесінің бастапқы және сонғы жағдай-
лары. Көріп отырғанымыздай, потенциялық энергия жолдын.
формасына байланысты емес. Ол дененің бастапқы және соңғы
жағдайларына ғана байланысты болады екен.
Потенциялық энергия әсерлесетін денелердің өзара орнали-
суына тығыз байланысты болады.
МЕХАНИКАДАҒЫ ЭНЕРГИЯНЫҢ САҚТАЛУ ЗАҢЫ
Егер жүйенің күйі тек қана консервативті кұштердің осері-
нен өзгеретін болса, онда бұл кұштің атқаратыш жұмысы жүйе-
нің бастапқы және сонғы орналасуына байланысты болады. Ай-
талық жұйе бір күйден екінші күйге өткенде атқарылатын
жұмыс:
Мұндағы П1, П2 - жүйенің бipiншi және екінші күйлеріндегі потенциялық
энергиясы. Сонғы формуладан көріп отырғанымыз-
дай, консервативті күштердің жұмысы потенциялық энергиялар-
дың азаюына тен болады. Элементар жұмыс үшін dА=-dП
Егep тұйық жүйеде тек қана консервативті күштср әсер ете-
тің болса, онда істелінетің элементар жұмыс мынаған тең болады:
dA = dК = -dП =dК + dП
Осыдан
dK+dП = d(K+П)=0
немесе
E = K+П = const
шығады.
Кинетикалық жэне потенциялық энергияның қосындысы тұрақты шама болады. Бұл
механикалық энергияның сақталу заңы болып табылады. Адам жүгіргенде, жай
жүргенде, жұмыс
істегенде, оның бұлшық eттepi жұмыс атқарады. Адам немесе жа-
нуар қозғалмай тұрса да, олардың бұлшық eттepi жұмыс ұстің-
де болады. Мысалы, сүйікті белгілі бip жағдайда ұстап тұру
үшің де бұлшық ет жұмыс істейді. Есептеулерге карағанда, бір
жұмыс күні ішінде (айталық cегiз сағатта) адам орта есеппен
8∙106 ДЖ жұмыс атқарады екен. Сонда адам организмінің ор-
таша қуаты:
Ал қажет кезінде адам болсын, жануар болсын аз уақыт ішінде өзінің қуатын
өтсе тез көбейте алады. Сағатына 7 км жылдамдықпен жүрген адам өз қуатын
200 Вт жеткізсе, сағатына 20 км жылдамдықпен велосипедпен жүргенде ол
қуатын 320 Вт жет- кізеді. Мысалы 100 метрге жүгірген спортшы өз қуатын
7000 Вт дейін өcipe алады.
БҰЛШЫҚ ЕТ, ОНЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ Ж¥МЫСЫ
Жануарлар үнемі механикалық қозғалыста болады. Жануар-
ларды механикалық козғалысқа түсіретін бұлшық ет болып са-
налады. Атап айтқанда бұлшық еттің жиырылуынан жануар-
лар механикалық қозғалысқа түседі Бұлшық еттің жиырылуы жануарлар
денесіне қажетті жылуды қамтамасыз ететін болса,
әрі карай химиялық энергияны бірден механикалық жұмысқа
айналдыратын құрал болып саналады. Бұл кезде химиялық
энергия жылулық немесе электр энергиясына емес, бірден меха-
никалық энергияға айналады. Жануарлар организмінде бола-
тын бұл процестің құпиясын ашу техникалық тұрғыдан алып
қарағанда да өте маңызды болып табылады. Бұл құбылысты
шешу (яғни химиялық энергияның бірден механикалық энер-
гияға айналуы) жақа типті двигательдер ойлап табуға мұмкін-
дік береді.
Бұлшық еттің бірнеше тұрі бар. Соның бірі-қаңқаға жа-
бысып тұратын бұлшық ет. Сұйекке жабысьш тұратын бұлшық
етті орталық жүйке жүйесі бақылап отырады. Бұлшық ет көп-
теген шоқ талшықты еттерден, әрбір шоқтық өзі көптеген тал-
шық еттерден тұрады. Талшық еттің құрамында созылған көп
ядролы клеткалар болады. Оны ерекше қабат қоршап түрады.
Оны сарколема деп атайды. Бұлшық етті құрайтын талшықтар-
дың арасында қан жүретін капиллярлық ыдыстар орналаса-
ды. Бұлшық ет талшықтардаң тұрады. Ал талшықтардын ішін-
де созылған молекулалық құрылым — миофибриллалар болады.
Молекулалық тұрғыдан алып қарағанда сүйек бұлшык еті тәр-
тіпті орналасады. Айталық, сарколеманын қалындығы 200 ∙ 10-10
метрге тең. Оның сыртын коллагеп талшықтары қаптап тұрады.
Бұлшық етті сүйектен бөліп алып, оны жан-жақты зерттеуге
әбден болады.
Бұлшық етті физикалық дене деп қарастырсақ онда ол сер-
пімділік, созылғыштық, тұтқырлық, релаксация тәрізді механи-
калық қасиеттерге ие болумен қатар, жиырылғыштық жәнс қоз-
ғыштық тәрізді биологиялық қасиеттерге де ие.
Бұлшық етке кұшпен әсер етіп оны созғанда, оның серпімді-
лік қасиеті білінеді. Бұлшық ет созылуының шамасы Гук заңы-
меп анықталады:
Мұндағы l-бұлшық еттің бастапқы ұзындығы, ∆l бұлшық
еттің абсолют ұзаруы, Ғ -әсер етуші күш, S - бұлшық ет кел-
депең қимасының ауданы, Е - серпімділік модулі.
Бұлшық етке күш әсер етуін тоқтатқаннан кейін ол бұрынғы
қалпына қайтып келеді.
Каучуктің де, бұлшық еттің де серпімділік модульдері шама-
лас, атап айтқанда Е = 98,1 104 Па тең. Бұлшық ет созылғанда
кристаллизациялық жылу бөлінеді де, бұлшық ет қызады. Мұн-
дай қасиет каучукте де байқалады. Кұш әсер етуін тоқтатқаннан кейін өз
калпына қайтып келеді дедік. Алайда,
бұлшық ет өзінің бұрынғы қалпына түгелдей қайтып келе
қоймады. Мұны калдық деформация деп атайды. Бұл деформа-
цияның пайда болуы дененің созылымдық қасиетке ие болаты-
нын көрсетеді. Бұлшық ет абсолют серпімді денеге емес, тұт-
қырлық- серпімді денеге жатады. Бұлшық етте пайда болатын
қалдық деформация оның созылғыштық қасистін білдіреді. Со-
нымен, бұлшық еттің созылғыштық қасиеті деп әсер етуші күш
өзгермей калғанда да бұлшық еттің уақыт өткен сайын ұзара
түсуін айтады.
Бұлшық еттің қозғыштығы деп оның тұтқырлық, серпімділік күш салуы
(напряжение) тәрізді қасиеттерінің өзгеруіне әкеліп соқтыратын қозғыштық
күйге түсуін айтамыз. Ал бұлшық еттің жиырылғыштығы деп оған әсер етіп
тұрған күштің өзгеріссіз қалғанына қарамастан бұлшық еттің ұзындығының
өзгеруін, дәлірек айтқанда қысқаруын айтады. Бұл қасиет бұлшық ет қоз-
ған кезде пайда болады.
Соныменен, бұлшық ет ұзындығының өзгеруі (жиырылғыш-
тығына) оған әсер ететін күш шамасына және қозғыштық дәре-
жесіне байланысты мәселе екен. Бұлшық еттін изотопиялық жә-
не изотермиялық түрде жиырылуы мүмкін. Изотопиялық жиы-
рылу ден күш өзгермесе де бұлшық ет қозуының нәтижесінде
оның ұзындығының өзгеруін айтамыз. Изотермиялық жиыры-
лу деп бұлшық еттің ұзындығы өзгермссе де козудың нәтиже-
сінде бұлшық еттің түсетін күштің (нагрузка) өзгеруін айтады.
Термодинамикалық тұрғыдан алып қарасақ бұлшық ет хи-
миялық энергияны механикалык жұмыска айналдыратын жүйе
болып саналады. Сонымен, бұлшық ет жиырылғанда жұмыс жа-
сылынады. Изотопиялық жиырылу кезінде істелетін жұмыс мы-
наған тең:
А = Ғ∙∆l
Мұндағы Ғ-әсер етуші күш, ол тұрақты, l-бұлшык еттің
абссолют ұзаруы. Ал бұлшық еттіқ ішкі энергиясының өзгеруін
∆ε деп алсақ, онда бұлшық еттің пайдалы әсер коэффициенті
мынаған тең:
(1)
Ал бұлшық еттің ішкі энергиясының өзгеруі істелінген жұмыс
нен бөлініп шыққан жылудың қосындысына тең екенін ескерсек. онда
Мұндағы Q - бөлінген жылу, - жиырылу жылуы.Сонда,
Осыдан (1) формула мына түрге енеді:
(2)
Ал,Q және k-нің әсср ететін Ғ күшке байланыссыз екенін ескер-
сек, онда бұлшық еттің пайдалы әсер коэффициентінің күшке
байланысты болатынын байқар едік.
Ал, бұлшық ет жиырылуының қуаты формуламсн анықта-
лады:
(3)
Мұндағы υ- бұлшық еттің жиырылу жылдамдығы.
КЕЙБІР ТРАКТОРЛАРДЫҢ ҚУАТЫ
Болашақ зооинженерлер мен агрономдардың техникадан хабардар болуы заңды
нәрсе. Сондықтан да кейбір тракторлар мсн
машиналардыд қуатын еске сала кетейік.
Тракторлар мен машиналар Қуаты
кВт ат күші
Т-16 тракторы 11,2 16
ДТ-20 тракторы 13 18
МТЗ-50 дөңгелекті 37 50
тракторы
46 64
Жигули (ВАЗ 2101) ав
томобилі 70 95
Волга (ГАЗ-24) автомо 73,5 100
билі
110 150
Астық жинайтын Сибиряк
комбайны
220 300
ЗИЛ-150 автомобилі
740 1000
Кировец-701 тракторы
АН-2 самолеті
ТӨРТІНШІ ТАРАУ
СЕРПІМДІ ДЕНЕЛЕРДІҢ ҚАСИЕТТЕРІ
КРИСТАЛЛ ЖӘНЕ АМОРФТЫ ДЕНЕЛЕР
Қатты дененің газ бен сұйықтан айырмашылығы сол, ол өз көлемі мен
формасын сақтайды. Қатты дененін көлемі мен формасын сақтап қалуы олардың
атомдар мен молекулалардың арасындағы тартылу және тебілу кұштерімсн
түсіндірілсе керск. Қатты денелер атомдардың немесе молекулалардың тәртіп-
ті, ретті түрде орналасуы олардың кристалдық құрылысын білдіреді. Дененің
құрылысында атомдар, иондар немесе молекулалардың жиынтығының орналасуын
кеңістік (кристалдық) тордеп атайды. Бертікті кеңістік (кристалдық)
тордан тұратын қатты денені монокристалдар деп атайды. Монокристалдарға
алмас, топаз, кварц жатады. Ал енді көптеген қатты денелер өсіп, бірімен-
бірі байланасып кеткен майда кристалдардан тұрады. Ол кристалдардың
орналасуы мен бағыты да оз түрлі. Осындай қатты денелер поликристалдар деп
аталады. Мысалы қант,металл және т.б. Катты дененің ішкі құрылымындағы
бөлшектердің (атомдар, иондар, молекулалар) орналасуына байланысты моно
және поликристалдар иондық, атомдық, металдық және молекулалық болып төртке
бөлінеді.
Иондықкристалдардың кеңістік торының түніндерінде оң
және теріс зарядталған иондар орналасады да, олардың арасында электро –
статикалық кұштер әсер етеді. Бұл типтегі торды гетерополярлық деп атайды.
Йондық кристалдарға натрий хлориды, цезий хлориды, калий бромиды және т.б.
жатады. Атомдық кристалдардың тор түйіндерінде бейтарап атомдар орналасады.
Олардың арасындағы байланыс валентті электрондар алмасуы кезінде жүзеге
асады. Әр түрлі атомдағы түрліше бағыталған екі электрон (спиндері қарама-
қарсы бағытталған) бір орбитада кездесіп, жұпталады да, бірін-бірі тартып
тұрады. Бұл кристалдарға кремний, германий, алмас және т,б. жатады. Бұл
байланысты гомеополярлық деп атайды.
Металдық кристалдардың тор түйіндерінде оң иондар орналасады. Химиялық
таза металдар тек осы металдың иондарынан ғана құралады. Металдық
кристалдардың кеңістік торы куб немесе алты қырлы призма түрінде болады.
Металдар пайда болған кезде бөлініп ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
3-4
Бірінші бөлім. Механика
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
Бірінші тарау. Материалдық нүктенің кинематикасы мен динамикасы. Қатты
дененің айналмалы қозғалысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...5
Ньютон
заңдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 6
Екінші тарау. Жұмыс және энергия. Сақталу заңдары. Серпімді денелердің
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7-8
Инерциялдық емес санақ жүйесі. Инерция
күші ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
Салмақ, салмаксыздық, асқын салмақ және олардың ағзаға
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10-11
Космостық жылдамдықтар әсері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
Айналмалы қозғалыстағы қатты дененің кинетикалық энергиясы ... ... ...13-14
Центрифуга және оның
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15-16
Күш моменті. Айналмалы қозғалыс динамикасының негізгі
заңы ... ... ... ... .17
Айналмалы денелердің ауыл шаруашылығында
қолданылуы ... ... ... ... ... ... 1 8
Үшінші тарау. Жұмыс және энергия. Сақталу
заңдары ... ... ... ... ... ... ... ... ...19
Механикалық энергияның сақталу
заңы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .20
Бұлшық ет, оның қасиеттері және
жұмысы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... 21-23
Кейбір тракторлардың
қуаты ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...24
Төртінші тарау. Серпімді денелердің қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
Кристалл және аморфты денелер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24
Сұйык кристалдар және
полимерлер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25-27
Сүйек пен коллагеннің механикалық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .28
Бесінші тарау. Тербелістер мен
толқындар ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .29
Техникадағы және биологиядағы
тербелістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..29
Гармониялық тербелістің ығысуы, жылдамдығы және үдеуі ... ... ... ... ... 30-
32
Механикалық діріл және оның әсері.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33-35
Өшетін және еріксіз
тербелістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
..36-37
Серпімді ортадағы
толқындар ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..38
Техникадағы және биологиялық процестердегі резонанс құбылыстары ... ...39
Алтыншы тарау. Акустика
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40-42
Есіту
мүшесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..43-45
Инфрадыбыс және ультрадыбыстың қасиеттері,
әсерлері ... ... ... ... ... ... ... ...46
Ультрадыбыстар ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..47
Ультрадыбыстың екі
қасиетті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 48-53
Ультрадыбыстың
әсерлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ...54
Диагностиканың дыбыстық
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
Жетінші тарау.
Гидродинамика ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ..56-57
Идеал және реал сұйықтар. Ағын
түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56-57
Ағынның үздіксіз теңдеуі.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ..58
Бернулли
тендеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 58-59
Бернулли тендеуінің қолданылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .60
Сұйық
тұтқырлығы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ..60-62
Молекулалық
қысым ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 63
Қисық бетті сұйық астындағы қосымша
қысым ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 64
Жұғатын және жұқпайтын
сұйықтар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 64- 65
Гемодинамика
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .66-67
Жүрек-механикалық
насос ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..68
Екінші бөлім. Молекулалық физика және термодинамика ... ... ... ... .69-70
Бірінші тарау.
Газ күйінің біріккен
тендеуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ...71
Ілгерілемелі қозғалыстағы молекуланың
энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ..72
Екінші тарау.
Газ молекулалары қозғалысының
жылдамдығы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .73-74
Молекуланың еркің жолының орташа
ұзындығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 75-77
Үшінші тарау.
Тасымалдау
құбылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 78
Организм – жылу реттеудің физикалық
негізгі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...79-80
Төртінші тарау.
Ауаның
ылғалдылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 81
Термодинамиканың бірінші
заңы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1
Бесінші тарау. Биологиялық жүйенің
термодинамикасы ... ... ... ... ... ... ...82-83
Термодинамиканың екінші заңының биологияды қолданылуы ... ... ... ... 84-85
Алтыншы тарау.
Электр өрісіндегі
зат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... .86
Заттардың магниттік
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...87
Шығу жұмысы.
Электрондар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .87
Сұйықтардағы электр
тогы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... .88
Жетінші тарау. Электрдегі биофизикалық
мәселелер ... ... ... ... ... ... .. ... ..89-92
Электродтық
потенциал ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ..93-94
Биоэлектрлік потенциалдарды өлшеу
әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...95
Биопотенциалдардың
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...95
Клеткалар мен тканьдерден тұрақты токтын
өтуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .96
Осмос ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..97-99
Магнит өрісінің организмге
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ...100- 102
Үшінші бөлім
Бірінші тарау.
Жарық өткізгіштер және талшықты
оптика ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... 103-104
Интерферометрлер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .10 5
Голография туралы
түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..106
Поляриметрия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..106
Жарықтың шашырауы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...107-108
Екінші тарау
Көрінетін жарық
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .109-110
Инфрақызыл сәулелер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ..111
Ультракүлгін сәулелер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
..112-113
Төртінші бөлім
Бірінші тарау. Атомдар мен молекулалардың энергетикалық
деңгейлері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ..1 14-115 Екінші тарау. Рентген
сәулелері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...116
-118
Үшінші тарау.Фотобиологиялық
реакциялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... .119-120
Төртінші тарау.
Люминесценция ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
121-124
Бесінші тарау. Лазер және оның
қолданылуы ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... 125-128
Лазер сәулелерінің қасиеттері
... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .12
9
Алтыншы тарау.
Рефрактометр және оның қолданылуы.
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 130-131
Поляриметр мен сахариметр және олардың биологияда қолданылуы ... ... .132
Жетінші тарау.
Спектрлік
құралдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... 133
Микроскоптар
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... .134-135
Сегізінші тарау. Дозиметрия
негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...136-137
Иондаушы сәулелердің
детекторлары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...138-142
Иондаушы сәулелердің организмге
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 143
Таңбалы атомдардың ауыл шаруашылығындағы қолданылуы ... ... ... ... ... .144
Радиоктивті заттардың биосферадағы
қозғалысы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 145
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..146
Қолданылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... 147
Кіріспе
Физика ғылымы табиғат тану ғылымдарының (химия, биология және т.б.)
бастау десе де болғандай. Даму барысында тек өлі табтғатпен істес
болғандықтан физиканың заңдары мен заңдылықтары тек сол өлі табиғатқа
арналған, тек сол өлі табиғатты зерттейтін сияқты көрінеді де тұрады.
Сондықтан физикадан бөлініп шыққан техникалық физика, теориялық механика,
құрылыс физикасы және т.б. денгендерге онша таңбаймыз. Ал биологиялық
физика, медициналық физика деген тіркестердің құлаққа тосын естілетіні де
рас. Алайда, сонғы жылдары, ғылымдардың назары биофизикаға ауып отыр. Оның
басты себебі табиғат зандарының өлі табиғатқа да, тірі табиғатқа да ортақ
екнін білдіретін болса, екінші жағынан физиканың жетістіктері биология мен
медицинада кеңінен қолданылуында болып отыр.
Биофизика дегеніміз әр түрлі сатыдағы биологиялық жүйелерде болып
жатқан физикалық және химиялық процестерді зерттейтін ғылым.
Биофизиканың зерттетін объектісі биологиялық материалдар, яғни тірі
организмдер. Олай болса, физиканың өлі табиғат үшін ашылған заңдарын
өзгеріссіз тірі организмге қолдануға болмайды. Оның себебі тірі организм-
биологиялық жүйе, үнемі динамикалық қозғалыста болады және гетерогендік
әртекті жүйе болып саналады. Атап айтқанда биологиялық жүйе өзін-өзі
басқаратын болдықтан, бұған тән кейбір қасиеттер өлі табиғатта кездеспейді.
Биофизиканың ғылым болып қалыптасуына физика, химия, физиология,
математика, биохимия тәрізді ғылымдардың зор ықпалы тиді. Осы ғылымдардың
негізінде дүниеге келген биофизиканың өз заңдылықтары, өз әдістері бар.
Биофизиканың қалыптасуына ат салысушы ғылымдардың бірі профессор Б.Н.
Тарусовтың айтуы бойынша биофизика дегеніміз биологиялық жүйелердің
физикалық химиясы және химиялық физикасы екен.
1961 жылы Стокгольмде өткен бірінші халықаралық биофизикалық
конгресте биофизиканы мынандай салаларға бөлу ұсынылды: 1) молекула
биофизикасы. Бұл сала организмді түзетін биологиялық молекулалардың
құрылысы мен физикалық қасиеттерін қарастырады; 2) клетка биофизикасы. Бұл
сала клетканың ультрақұрылысын, оның физикалық және химиялық ерекшкліктерін
және клетканың өтімділігін, биоэлектрлік потенциалын қарастырады; 3)
күрделі жүйе биофизикасы (немесе басқару және реттеу процесінің
биофизикасы). Бұл сала организмдегі басқару жүйесінің ішкі байланысын
зерттеу және оның моделін жасау, олардың физикалық табиғатын анықтау
мәселелерімен айналысады.
БIРIНШІ БӨЛІМ
МЕХАНИКА НЕГIЗДЕРI
Механикада материя қозғалысының ең қарапайым түрi — денелердiң бiрiне-
бiрi қарағандағы механикалық қозғалысы қарастырылады. Бiр дененiң қозғалысы
екiнші бiр денеге қарап анықталады. Олай болса, әрбiр қозғалыс салыстырмалы
болады екен. Егер қозғалып бара жатқан дененiң жылдамдығы жарық
жылдамдығымен өлшемдес болса, онда ондай дененiң сипаты релятивтік
механикада берiледi. Ол салыстырмалы теорияға негiзделген. Ал дененiң
жылдамдығы жарық жылдамдығына қарағанда әлдеқайда аз болса, онда ондай
денелер сипатын қарастыратын механиканы классикалық деп атайды. Классикалық
механика Ньютон заңдарына негiзделген.
БIРIНШI ТАРАУ. МАТЕРИАЛДЫҚ НҮКТЕНIҢ КИНЕМАТИКАСЫ
МЕН ДИНАМИКАСЫ
Кинематика. Кинематикада денелер қозғалысы қарастырылады да, ол
қозғалысты тудырған себеп қарастырылмайды. Ең қарапайым механикалық
қозғалыс — материалдық нүктенiң қозғалысы болып табылады. Егер дененiң
формасы (түрi) мен мөлшерiн еске алмайтын болсақ, ондай дененi материалдық
нүкте деп атайды. Механикалық қозғалысты сипаттау үшiн бiз осы материалдық
нүктенiң қандай денеге қарағанда қозғалып бара жатқанын анықтап алуымыз
керек. Осы дененi санақ жүйесi деп атайды. Санақ жүйесi ретiнде Күндi,
Жердi, жұлдызды, бөлменiң қабырғасын және т. 6. алуға болады. Материалдық
нүктенің кеңiстiктегi орнын анықтау үшiн координат жүйесi пайдаланылады.
Материалдық нүктенiң координаттар жүйесiндегi t уақыттағы жағдайы х, у, z
координаталарымен немесе радиус-вектормен (r) анықталады (1-сурет). Уақыт
өткен сайын материалдық нүктенiң орны ауысып отырады, яғни ол орын
ауыстырады, қозғалысқа түседi. Материалдық нүкте өз қозғалысында белгiлi
бiр сызық сызады. Оны траектория деп атайды. Материалдық нүктенiң уакыттың
кез-келген мезгiлiндегi
күйiн сипаттайтын теңдеудi қозғалыс теңдеуi деп атайды. Ол мына түрде
өрнектеледi =φ(t) Декарт координаттар жүйесiнде бұл мынандай формула
бойынша өрнектеледі: x=φ1(t); y=φ2(t); z=φ3(t). Айталық бір мезгiлде (t1)
материалдық нүкте радиус-векторымен бейнеленсiн (2-сурет).
Материалдық нүктенiң бұл жағдайын М1 (х1 y1 z1) деп белгiлейiк. Ендi ∆t
уақыт өткеннен кейiнгi жағдайын М2 (х2 у2 z2) деп белгiлеп, ол вектор-
радиусымен сипатталсын. Сонда ∆t=t2-t1 уақыт iшiнде материалдық нүктенiң
жүрiп өткен жолын ∆s деп алсақ, оның бастапқы (М1) және соңғы (М2)
нүктелерiн қосатын векторды ∆деп белгiлейдi де, оны орын ауыстыру
векторы деп атайды. Ол . Ал қатысын материалдық нүктенің
жылдамдығы деп атайды. Жылдамдық векторлық шама. Оның бағыты траекторияға
жүргізілген жанамамен бағыттас болады. Радиус-вектордың координаттар
осіндегі проекцияларын x,y,z деп белгілесек, онда жылдамдық векторының
осьтегі проекциялары былайша өрнектеледі:
υx=; υy=; υz=
Уақыт өткен сайын жылдамдықтың өзгерiсiн сипаттау үшiн үдеу деген ұғым
енгiзiледi.
Үдеу деп жылдамдықтан уақыт бойынша алынған туындыны айтады.
Үдеу векторлық шама. Әдетте үдеу векторын екiге жiктейдi. Бірi
траекторияға жүргiзiлген жанама бойымен кетедi, оны тангенстi деп атап,
деп белгiлейдi, ал екiншi траекторияға жүргiзiлген перпендикуляр
бойымен кетедi. Оны центрге тартқыш деп атап, деп белгiлейдi.
Тангенстi (жанама) үдеу жылдамдық шамасын өзгертсе, центрге тартқыш үдеу
жылдамдықтың бағытын өзгертедi. Тангенстi үдеу = формуласымен
өрнектелсе, центрге тартқыш үдеу = формуласымен бейнеленедi.
Сонымен үдеу векторы оның модулы былайша анықталады:
a=
НЬЮТОН ЗАҢДАРЫ
Қозғалысты тудыратын себептер динамикада қарастырылады. Динамика
негiзiне Ньютон заңдары жатады. Ньютонның үш заңы бар. Оның бiрiншi заңы
сыртқы күш әсер етпейтiн дененiң қозғалысы туралы әңгiме қозғайды. Ол
былай айтылады: егер денеге басқа бір дене әсер етпесе, онда ол өзінің
тыныштық күйін немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалыс күйін сақтайды.
Ньютонның екінші заңы былайша өрнектеледi:
осыдан Мұндағы материалдық нүктенiң импульсi деп
аталады.
Сонымен Ньютонның екiншi заңы деп бейнеленедi. Басқаша айтқанда,
импульстен уақыт бойынша алынған туынды материалдық нүктеге әсер ететiн
күшке тең екен. Ньютонның үшiншi заңы былайша айтылады. Егер А дене Б
денеге F1 күшпен әсер етсе, онда Б дене А денеге F2 күшiмен әсер етедi,
яғни
F1=-F2. Айта кететiн бір жай F1 және F2 күштерi әр түрлi денелерге
түсiрiледi.
Физикалық шамалардың өлшем бiрлiктерi туралы аздап түсiнік бере кетейiк.
Бiрлiктердiң Халықаралық жүйесi БХЖ негiзгi жеті бiрліктен тұрады. Олар:
ұзындықты өлшейтiн метр (м), массаны өлшейтiн килограмм (кг), уақыт өлшемi
- секунд (с), ток күшi өлшемi — ампер (А), термодинамикалық температура
өлшемi — кельвин (К), жарық күшi — кандела (кд) зат мөлшерi — моль (моль).
Сонымен қатар бұл жүйеге екi қосымша (радиан және стерадиан) және он жетi
туынды бiрлiк (люкс, люмен, герц, ньютон, паскаль, джоуль, ватт, кулон,
вольт, фарад, ом, сименс, вебер, тесла, генри, беккерель және грэй)
енгiзiлген. Күш бiрлігі Ньютонның екiншi заңы негiзiнде анықталады:
[F]=[m]·[a]=1кг·1м⁄с2=1кг·м⁄с2=1Н (ньютон)
ЕКІНШI ТАРАУ. ҚАТТЫ ДЕНЕНІҢ АЙНАЛМАЛЫ ҚОЗҒАЛЫСЫ
Бiз жоғарыда материалдық нүкте деген ұғым енгiзген едiк. Алайда, өмiрде
барлық денені материалдық нүкте деп қарастыруға келе бермейдi. Кей
жағдайда дененiң формасы (түрi) мен мөлшерiн еске алмайтын болсақ, онда ол
дене туралы, оның қасиеттерi жөнiнде толық мағлұмат ала алмауымыз мүмкiн.
Әсіресе бұл жағдай қатты дененi зерттегенде анығырақ бiлінеді. Дененiң
қозғалысы барысында оның кез-келген екi нүктесiнiң немесе екi бөлiгiнiң ара
қашықтығы (өзара орналасуы) өзгермейтiн болса, ондай дененi абсолют қатты
дене деп атайды. Шындығында табиғатта абсолют катты дене жоқ. Қатты дене
iлгерiлемелi және айналмалы қозғалыста болады. Қатты дене iлгерiлемелi
қозғалысқа түскенде оның нүктесi бiрдей траектория сызады. Ал қатты дене
айналмалы қозғалысқа түскенде оның барлық нүктесі шеңбер сызады. Бұл
шеңберлердiң центрлері бір түзудiң бойында жатады да, оны - айналу осi деп
атайды. Айналмалы қозғалыстағы дененің нүктелерiнiң сызықтық жылдамдығы
мен үдеуi әр түрлі болады. Сондықтан айналмалы қозғалысты сипаттау үшiн
бұрыштық жылдамдық пен бұрыштық үдеу ұғымдары енгiзiледi. Бұл шамалар
белгiлi бір мезгiлде қатты дененiң барлық нүктесi үшiн бiрдей болады.
Айналып тұрған дененің айналу осiне перпендикуляр жазықтықтар жүргiзейiк.
Осы жазықтықтың бiрiн қарастырайық (З-сурет).
Егер дене (3-сурет) ∆t уақыт iшiнде ∆φ бұрышқа бұрылған болса, онда
оның айналу тездiгi бұрыштық жылдамдықпен сипатталады:
Дене бiрқалыпты айналғанда ω шамасын айналудың бұрыштық жиілiгi деп
атайды. Ал ν= шамасы бiрлiк уақыт iшiнде айналым санын көрсетедi де
айналу жиiлігi деп аталады. Ал бір айналудың ұзақтығы оны айналу периоды
деп атайды.
Сонымен
ω==2πν
Бұрыштық үдеу бұрыштық жылдамдықтың өзгеру тездiгiн сипаттайтын шама:
Сызықтық және бұрыштық жылдамдықтардың арасындағы байланыс: s=rφ
Осы теңдiктен уақыт бойынша туынды алсақ:
немесе ν=rω (1)
Егер бұрыштық жылдамдықты айналу осi бойымен бағытталған вектор деп
қарастырсақ, онда мен -дiң векторлық көбейтiндiсi векторын
бередi, яғни =×
(I) теңдiктен уақыт бойынша туынды алсақ:
немесе а=r·ß
Бұрыштық жылдамдық I сек iшiндегi радианмен, ал бұрыштық үдеу радс2- пен
өлшенедi.
ИНЕРЦИЯЛДЫҚ ЕМЕС САНАҚ ЖҮЙЕСІ. ИНЕРЦИЯ КҮШІ
Ньютонның бiрiншi және екiншi заңдары кез келген жүйеде орындала
бермейді. Ньютон заңдары орындалатын жүйені инерциялдық санақ жүйесі деп
атайды. Бiрқалыпты және түзу сызықты қозғалыстағы санақ жүйесi инерциялдық
санақ жүйесi деп аталады. Күнмен байланысты санақ жүйесiн гелиоцентрлік
санақ жүйесi дейміз. Бұл санақ жүйесiн инерциялдық санақ жүйесi деп
қарастыруға болады. Барлық инерциялдық жүйелер бiрiне-бірі қарағанда
бiрқалыпты және түзу сызықты қозғалады немесе тыныштық күйде болады.
Инерциялдық санақ жүйесiне қарағанда үдей қозғалатын жүйенi инерциялдық
емес санақ жүйесi деп атайды. Инерциялдық емес санақ жүйесiнде Ньютон
механикасы орындалмайды. Алайда, өмірде бiз инерциялдық емес жүйеге
қарағанда дененiң қозғалысын көбiрек қарастырамыз. Ньютон механикасын
инерциялдық емес санақ жүйесiне қолдануға бола ма, болатын болса, онда
Ньютон механикасы қандай өзгерiстерге ұшырайды деген сұрақ туады. Мектептiң
физика курсынан бiлетiнiмiздей дененің үдеуге ие болуына күш әсер етедi.
Бұл Ньютон механикасының негiзi болып саналады. Ал ендi үдей қозғалатын
координаттар жүйесiнде қосымша күштер пайда болады. Бұл қосымша күштер
кейбiр инерциялдық емес санақ жүйесiне қарағанда бар болатын үдеу
нәтижесiнде пайда болады. Мұндай күштер инерция күштері деп аталады.
Басқаша айтқанда, инерциялдық емес санақ жүйесi инерциялдық санақ жүйесiне
қарағанда үдей қозғалатын болса, онда инерция күштерi пайда болады.
Инерция күштерi денелердiң бiрiмен-бiрiнiң әсерлерiнен пайда
болмайды. Олар санақ жүйесiнiң үдей қозғалуынан пайда болады. Сондықтан да
инерция күштерi үшiн Ньютонның үшiнші заңы орындалмайды. Инерция күші
денеге тек қана инерциялдық емес санақ жүйесiнде әсер етедi. Ал инерциялдық
санақ жүйесiнде инерция күшi әсер етпейдi. Инерция күшi тартылыс күшi
тәрiздi дененің массасына пропорционал болады. Инерциялдық емес санақ
жүйесiндегi инерция күшi дегендi түсiну үшiн бір мысал келтiрейiк. Қозғалып
келе жатқан автобусты аялдамаға қарағанда инерциялдық емес санақ жүйесi деп
қарастыруға болады. Осы автобустың iшiнде жолаушы бар делiк. Тежегiштi күрт
басқанда автобустағы жолаушы iлгерi ұмсынып қалады. Бұл инерция күшінің
әсерiнен пайда болады. Сол сияқты корабльдi аспанға алып ұшқан ракета
қозғалысының әсерiнен космонавт инерция күшін сезедi.
САЛМАҚ, САЛМАҚСЫЗДЫҚ, АСҚЫН САЛМАҚ ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ОРГАНИЗМГЕ ӘСЕРI
Дененiң жерге гравитациялық тартылуы дененiң салмағы (Р) деп аталады.
Салмақ статикалық және динамикалық тұрғыдан бiлiнедi. Дененiң тiреуге
түсiретiн күшi дене салмағының статикалық тұрғыдан бiлiнуi болып саналады.
Яғни . Мұндағы - дененiң салмағы, тiреу тарапынан
көрсетiлетiн реакция. Серiппелi таразыларымен денелердiң салмағын өлшеу
салмақтың статикалық тұрғыдан бiлiнуiне негiзделген.
Салмақтың динамикалық тұрғыдан бiлiнуi, =-ге тең болады.
Мұндағы m - дененiң массасы, еркiн түсу үдеуi.
Жер бетiнiң қай нүктесiне орналасуына байланысты дененің салмағы әр
түрлi болады. Мысалы К денесiн φ – ендiкте орналасқан деп алайық (4-сурет).
Осы денеге бүкiл әлемдiк тартылыс күшi центрден тепкіш күш F2
және тiреудiң реакция күшi әсер етедi. Осы дене жерге қарағанда
тыныштық күйде тұратын болғандықтан ++=0 болады.
Ал =- екенiн ескерсек, = +
(1).
Енді =G (2) белгiлi, мұндағы m — дененiң массасы, М — жердiң
массасы, г — жер радиусы.
Және Р= -===mω2 r cosφ (3) мұндағы ω— жердiң айналуының
бұрыштық жылдамдығы, (2) және (3) формулаларындағы F1 мен F2-нiң мәнін
ескерсек, онда дененiң салмағы мынаған тең болады:
P=
Бұл формуладан дененiң салмағы массаға тура пропорционал және дененiң жер
бетiнде орналасуына (φ-ге) тығыз байланысты екенiн байқаймыз.
Жер полюсiнде (яғни φ= ) дененің салмағы ең үлкен мәнге ие болады
да, ол Р= F1 болады. Ал экваторда (φ=0) дененiң салмағы ең аз мәнге ие
болады да, ол Р= F1 - F2-ға тең келедi. Атап айтқанда, экваторда F2 күшi F1
күшiнiң 0,6 процентiне тең болады. Олай болса, экватордағы салмақ пен
полюстегi салмақтың айырмашылығы 0,6% болады екен.
Дене тiреумен қоса қозғалсын делiк. Оның үдеуiн а делiк.
Ньютонның екiншi заңын қолдансақ =+ немесе
=+, осыдан =m(-). Ал дененiң салмағы мен
тiреудiң реакция күшi сан жағынан тең болғанымен, бағыттары қарама-қарсы
болады, яғни Р=- , олай болса=m(-). Егер дененiң үдеуi
а=0 болса, онда = табамыз. Бұл дененің салмағы.
Егер = деп алсақ, онда тiреуге түсетiн қысым жоғалып кетедi,
дененің осы күйiн салмақсыздық деп атайды.
Космос корабльдерi жердi айнала қозғалғанда оның ішiндегi заттар
(денелер) салмақсыздық күйде болады (бұл кезде корабль двигательдерi жұмыс
iстемейдi деп аламыз).
Космоста пайда болатын салмақсыздық күйiн жер бетiнде iске асуы қиын
кейбiр технологиялық процестердi жүзеге асыруға пайдалануға болады. Мысалы,
ерiтiлген металдардан формасы сфералық дене жасап алуға болады екен. 1969
жылы Союз-6 кораблi ұшқан кезде космоста алғаш рет салмақсыздық және
вакуум жағдайында металл пiсiру жұмысы жүзеге асырылды.
Адам баласы болсын, жан-жануар болсын жер бетiнде өмiр сүрiп келе
жатқандықтан олар оның тарту күшiне дағдыланған. Ендi олар космосқа сапар
шеккенде салмақсыздық күйде қандай жағдайға тап болады. Салмақсыздық
адамның орталық жүйке тамырына, вестибулярлық аппаратына, қан тамырына және
т. б. әсер етедi. Салмақсыздық басталысымен кейбiр космонавтардың
вестибуляр аппаратының жұмыс iстеуi нашарлайды. Адамның басы ауырлап, оны
көтере алмайды. Алайда, космонавтар салмақсыздық күйге тез үйренiп кетедi.
Жер бетiнде атқаруға энергияны көп қажет ететiн кейбiр операциялар
салмақсыздық кезiнде оңай, тiптi аз энергия жұмсасақ та атқарылады екен.
Космоста ұзақ уақыт ұшқан космонавтарда мынандай өзгерiстер болуы мүмкiн.
Бiрiншiден, адамның өзiн тіп-тік статикалық және динамикалық тұрғыда ұстап
тұруы бұзылады. Функциялық атрофия пайда болады. Атап айтқанда, адамның
өзiн тiк ұстап тұруға көмектесетiн гравитацияға қарсы бұлшық еттерi
атрофияға ұшырайды. Жер бетiндегi денелер ауырлап кеткендей көрiнеді.
Екiншiден, адам вертикаль күйден горизонталь күйге (немесе керiсiнше)
өткенде басы айналып кетедi. Гемодинамикалық өзгерiстер де байқалады, яғни
қан құрамы өзгередi. Үшiншiден, зат алмасуы, атап айтқанда су — тұз алмасуы
өзгерiске ұшырайды. Сүйек тканьдерiнде кальций мен фосфордың аздығынан
остеопоразе кұбылысы байқалады. Бұл процестердiң бәрi қайтымды болып
саналады. Атап айтқанда, бiраз уақыт өткеннен кейiн оның бәрi өзiнiң
бұрынғы қалпына түседi. Космонавт ұшып жүргенде стадионда, жүгiру
жолында, велоэргометрде арнаулы жаттығулар жасай отырып, әлгi айтылған
жағдайларды болдырмауға болады екен. Сол сияқты космос кораблін әзiрлегенде
оның iшiнде ауырлық күшi пайда болатындай жағдай жасалынады. Бұл жағдай
Чибис атты вакуумдiк камерада жүзеге асады. Осының бәрi ұзак мерзімге
созылған салмақсыздық әсерiнен космонавт организмiнде айтарлықтай өзгерiс
тумауына себепші болады.
Тiрек реакциясының салдарынан денені деформациялайтын қысымды бiз
салмақ деп атадық. Жер бетiндегi кез келген денеге ауырлық күшi мен оған
қарсы бағытталған тiрек реакциясы әсер етедi. Осы күштердің әсерiнен
дененiң жеке мүшелері арасында қысым күші пайда болады. Дененiң үдемелi
қозғалысының салдарьнан оның жеке мүшелерiнің бiр-біріне жасайтын қысымының
артуын асқын салмақ деп атайды. Еркiн түсу үдеуiнен (g) n есе көп үдеумен
(ng=a) жоғары қарай тiк қозғалған денеге тiрек реакциясы тарапынан әсер
ететiн күш (Q) салмақ күшiнен (n+1) есе көп болады, яғни а=(n+1) mg=(n+1)P.
Осы күш әсерiнен космос кораблiнде асқын салмақ пайда болады. Оны корабльде
отырған космонавт анық сезедi.
КОСМОСТЫҚ ЖЫЛДАМДЫҚТАР ӘСЕРІ
Бiздiң заманымызда космостық ұшу онша таң емес. Ол тiптi үйреншiктi
iске айналып бара жатыр. Сондықтан да космостық жылдамдық не деген мәселені
қарастыру артық болмас. Космос корабльдерiнiң орбитаға шығу кезiндегi
жылдамдықтарын космостық жылдамдықтар деп атайды. Корабльдердiң қозғалу
траекториясының түрiне (формасына) байланысты космостық жылдамдықтардың
мәнi әр түрлi болады. Егер корабльдің жылдамдығы секундына 7,910 км болса,
онда оны бiрiншi космостық жылдамдық деп атайды. Бұл жылдамдық мына
формуламен анықталады:
υ1=
мұндағы r — Жер радиусы. Бiрiншi космостық жылдамдыққа ие болған космостық
аппараттар Жердiң жасанды серiгiне айналады, басқаша айтқанда, Жердi шеңбер
бойымен айнала қозғалады. Ал космостық аппараттар (корабль, спутник)
жылдамдығы бiрiншi космостық жылдамдықтан аз болса, онда ол жерге құлап
түседi. Ал оның жылдамдығы бiрiншi космостық жылдамдықтан көп болса, онда
оның траекториясы гипербола немесе парабола болады да, ол Жердi парабола
немесе гипербола бойымен айнала бастайды.
Егер космостық аппараттың жылдамдығы υ2==11,3 кмс болса, оны
екiншi космостық жылдамдық деп атайды. Бұл кезде космостық аппарат парабола
бойымен Күндi айнала қозғалады. Ал, аппараттың жылдамдығы υ3= =43 кмс
болса, онда оны үшiншi космостық, жылдамдық деп атайды. Бұл кезде аппарат
күннiң тартылысын жеңiп, Күн жүйесiнен тыс кетедi.
Космостық корабльдердің ұшырылуын және олардың Жерге қайтып оралуын
қамтамасыз еткеннен кейiн космостық тiрi организмдерге тигiзетiн әсерi
зерттеле бастады. Оны космостық биология зерттейдi. Космостық биология
зерттеулерiнде вирустардан бастап сүт қоректiлердi қоса, түрлi организмдер
пайданылады. Космостық биология сонау 30-жылдары басталды. 1935 жылы СССР-
1-бис стратостатында космос радиациясының мутагенез процесiне тигiзетiн
әсерi зерттелген-дi. Сонан кейiн елуiншi жылдары ракетамен маймыл, ит және
т.б. ұшырылды. Лайка атты ит спутникте ұзақ уақыт ұшты. Космос корабльдерiн
жерге қайтаруды үйренгеннен кейiн космостық биологияның жаңа кезеңi
басталды. Бұл кезде космоста ит, бақа, шыбын, теңiз шошқасы, бiр клеткалы
балдырлар (хлорелла), адам және жануарлар тканi, вирустар, бактериялар және
т. б. болып қайтты. Жер-Ай-Жер бағытында ұшырылған Зонд станциясында
тасбақа, пияз, балдыр және т.б. биологиялық объектiлер зерттелдi. Космостық
биология зерттеулерi адамның космоста ұзақ уақыт өмiр сүре алатынын және
жұмыс қабiлетiн жоғалтпайтынын делелдеп бердi. Космоста пайда болатын
салмақсыздық нәтижесiнде ген мен хромосомның өзгерiске ұшырамайтыны да
анықталды. Қазiргi кезде салмақсыздықтың клетка iшiндегi процестерге,
организмдегi физиологиялық және биологиялық процестердiң өзгеруiне
тигiзетін әсерi кеңiнен зерттелуде. Космостық биологияның негiзгi
мәселелерiнiң бірі— адамның космоста ұзак уақыт тiршiлік етуiне қажеттi
жағдайдың биологиялық негiзiн анықтау болып есептеледi.
АЙНАЛМАЛЫ ҚОЗҒАЛЫСТАҒЫ ҚАТТЫ ДЕНЕНIҢ КИНЕТИКАЛЫҚ ЭНЕРГИЯСЫ. ИНЕРЦИЯ МОМЕНТІ
Қозғалмайтын осьтен айналып тұрған қатты дененiң кинетикалық
энергиясын есептейiк. Ол үшiн қатты дене n элементар бөлiктен тұрады
делiк. Элементар бөлiктер қозғалғанда әр түрлi радиустегі шеңбер сызады да
олардың сызықтық жылдамдықтары әр түрлi болады. Ал ол элементар
бөлiктердiң бұрыштық жылдамдықтары бiрдей болады: υ1=ω2r1, υ2=ωr, ..,
υn=ωrn. Айналып тұрған дененiң кинетикалық энергиясы элементар бөлiктердiң
кинетикалық энергияларының қосындысына тең болады:
Мұндағы
I= m1r12+ m2r22+...+ mnrn2=
дененiң айналмайтын оське қарағандағы инерция моментi деп аталады. Инерция
моментi деп айналып тұрған дененiң массасының сол денеден айналу осiне
дейiнгi ара қашықтығының квадратының көбейтiндiсiн айтады.
Инерция моментi дененiң массасына және оның айналу осiне қарағанда
қалай орналасқандығына тығыз байланысты болады.
Егер дененiң ауырлық центрi арқылы өтетiн оське қарағанда оның инерция
моментi I0 болса, онда осьтен параллель а қашықтықтан өтетiн оське
қарағандағы дененiң инерция моментi Штейнер теоремасымен анықталады (5-
сурет): I=I0+mа2
Массасы m болатын кейбiр дснелердiң ОО1 симметрия өсiне қарағандағы
инерция моментiн қорытусыз беремiз:
1) осьтен а қашықтықта орналасқан массасы m дененi4 инерция моментi
мынаған тең (6-сурет): I= mа2.
2) бiртектi тұтас цилиндрдiң (диск) оның осiне қарағандағы инерция
моментi (7-сурет): I=mR2.
3) ұзындығы l бiртектi стерженьнiң ортасына перпендикуляр орналасқан
оське қарағандағы инерция моментi (8-сурет):
I= ml2
ЦЕНТРИФУГА ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚОЛДАНЫЛУЫ
Центрифуга (центр және fuga — жүгiру, жүгiрiс), әртектi жүйенi (мысалы,
суспензияны) центрден тепкiш күштi пайдалану арқылы жiктеуге арналған
қондырғы. Центрифуганың негiзгi бөлiгі ротор болып саналады. Ол роторда
тесiктер болады да, оған сұйығы бар пробиркалар орналастырылады.
Центрифуганың жұмысын түсiну үшiн 9-суретте көрсетiлген пробирканы алайық.
Осы пробирканы ОО1 осiмен айналдырғанда центрден тепкiш күштiң әсерiнен
пробирка горизонталь орналасады. Бұрыштық жылдамдығы 60000 айнмин тең
болатын роторларда үдеу 104 -105 g-ге дейiн жетедi. Осы центрге тартқыш
күштің әсерiнен пробиркадағы тығыздығы әр түрлi суспензиялар компоненттерге
жiктеледi. Басқаша айтқанда, центрге тартқыш күштiң әсерiнен тығыздығы
көбiрек бөлшектер пробирканың
түбіне жиналады да, тығыздығы азырақ бөлшектер үстiңгі жағында орналасады.
Пробиркадан айналу осiне дейінгі арақашықтық аналитикалық роторларда R=6,5
см болады. Макромолекулалардың ерiтiндiлердегі қасиетін және заттарды
жіктеу үшiн седиментация жылдамдығы әдісі қолданылады. Пробирка iшiндегi
сұйықтағы бір макромолекулаға екi күш әсер етедi: біріншісі центрден
тепкiш күш Fц.т.=Vρ1ω2R Мұндағы V— макромолекула көлемi, ρ1 —
макромолекуланың тығыздығы, ω —ротордың бұрыштық жылдамдығы, R — айналу
осiне дейінгі арақашықтық. Екіншi жағынан макромолекулаға Архимед күшi әсер
етедi, ол FА.к.=Vρ2ω2R. Мұндағы ρ2 — сұйықтың (ерiтiндiнің) тығыздығы. Осы
екi күштiң қорытынды күшi мынаған тең: F=V(ρ1- ρ2)ω2R. Егер ρ1ρ2 болса,
онда макромолекула пробирканың түбiне шөгедi. Ерiтiндi тұтқыр болғандықтан
онда қозғалып бара жатқан макромолекулаға Стокс заңы былайша F1=6πηrυ әсер
етедi. Макромолекула тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда осы екi күш бiрiне-
бiрi тең болады, яғни F= F1 немесе V(ρ1- ρ2)ω2R=6πηrυ, мұндағы r-
макромолекуланың радиусы. Осыдан жылдамдықты тапсақ:
υ= ·V(ρ1- ρ2); ал =S-
седиментация коэффициентi деп белгiлесек, онда
υ= V(ρ1- ρ2) S
(1)
Ал макромолекуланың массасы m= ρ1V екенiн ескерсек, онда (1) формуласы мына
түрге енедi:
υ= m(1- ) S (2)
(2) формуладан көрiп отырғанымыздай макромолекуланың шөгу жылдамдығы (υ)
бөлшектiң (макромолекуланың) өлшеміне (mS) тығыз байланысты екен. Басқаша
айтқанда бөлшектiң өлшемi (mS) өскен сайын оның шөгу жылдамдығы арта
түседi. Олай болса, ерiтiндiде араласып жүрген өлшемi әр түрлi бөлшектердiң
ең ауыры пробирканың түбiне шөгiп, жеңiлi одан жоғарырақ орналасады екен.
Әсiресе центрифуга көмегiмен полимерлердi фракцияға бөлiп алуға болады.
Сөйтiп әр түрлi фракциялардың молекулалық салмағын анықтауға болады.
Центрифуга биология мен химияда кеңiнен қолданылып жүр.
Сүттен қаймақты ажыратып алу үшiн қолданылатын центрифуганы центрден
тепкiш типтегi сеператор деп те атайды. Сеператордың негiзгi бөлiгi айналып
тұратын барабан. Ол минутына 6·103-12·103 айналым жасайды. Барабанның
iшiнде конус түрiндегi тарелкалар орналасады. Осы тарелкалар сүттi әр түрлі
қабаттарға бөлiп отырады. Тарелкаларда вертикаль түрде ойылған тесiктер
бар. Осы тесiктерден сүт ағып тұрады. Тарелкалар арасында жиналған сүттi
айналмалы қозғалысқа түсiргенде центрден тепкiш күштiң әсерiнен сүттен
қаймақ бөлiнiп шығады. Сеператордың көмегiмен бiр сағатта жиырма бес мың
литр сүт тартып, майлылығы 30—45% және 80 проценттiк қаймақ шайқап алуға
болады. Сонымен қатар сеператор сүт тазарту iсiне де пайдаланылады.
Сеператормен сүттен бактериялар айдап шығуға да мүмкiндiк бар. Мұндайда
сүттен бактериялардың тоқсан процентiн айдап шығуға болады екен.
Центрифугамен қатар ультрацентрифуга да қолданылады. Онымен 100 нм-ден
кем бөлшектер жiктелiнiп жүр. Атап айтқанда сұйықтардағы белоктардың
макромолекулалары, коллоидтар, нуклеин қышқылдары, полимерлер,
полисахаридтер жiктелiнедi. Бұл ротордың айналуынан пайда болған үдеудiң
әсерiнен жүзеге асады. Мұндай үдеу ауырлық күшiнiң үдеуiне қарағанда өте
көп болады. Ультрацентрифуга көмегiмен жоғарғы молекулалы қосылыстар,
вирустар жiктелiнедi және зерттелiнедi. Ол сахароза ерiтiндiсiн,
биополимерлердi жiктей алады. Ультрацентрифуга көмегiмен қанды алмастыратын
зат дайындауға болады, ол клиникалық диагностикада кеңiнен пайдаланылады.
БҰРЫШТЫҚ ЖЫЛДАМДЫҚТЫ ӨЛШЕУ ӘДIСТЕРІ
Машиналар мен механизмдердiң айналып тұратын бөлiктерiнiң бұрыштық
жылдамдығын өлшейтiн құралды тахометр деп атайды. Жұмыс iстеу принципiне
байланысты тахометрлер центрден тепкiш, сағаттық, магнитоиндукциялық,
стробокоптық, электрлiк, резонанстық, электрондық және сандық тахометр
болып бөлiнедi.
Центрден тепкiш тахометр айналу осiнен бiршама қашықтықта орналасқан
қатты дененiң айналу кезiндегi пайда болатын центрден тепкiш эффектiсiне
негiзделген. Мұндай тахометрдің көмегiмен мәнi 25 айнминутке тең 10000
айнмин арасындағы бұрыштық жылдамдық өлшенедi.
КҮШ МОМЕНТІ. АЙНАЛМАЛЫ ҚОЗҒАЛЫС ДИНАМИКАСЫНЫҢ НЕГIЗГI ЗАҢЫ
Қатты дененi (10-сурет) қозғалмайтын осьтен айналдыру үшін оған әсер
ету керек. Бұл дененi қозғалысқа келтiретiн F күшiн айналдырушы күш деп
атайды. Орта мектептiң физика курсынан бiлетiнiмiздей F күшiнiң әсерi оның
мәнiне ғана теуелді болмайды. Ол сонымен қатар күштiң түсу нүктесi В-дан
айналу осiне дейiнгi арақашықтыққа да тәуелдi болады, яғни күш моментiне
байланысты болады:
=×
Айналдырушы күш моментi (айналдырушы момент) М деп айналдырушы күштiң F
шеңбер радиусына (r) көбейтiндiсiн айтады.
Айналып тұрған қатты дененi материалдық нүктелерге бөліп, олардың
массаларын ∆m1, ∆m2,... ∆mn деп белгiлейiк. Бұл массалар айналу өсiнен r1,
r2, ... rn қашықтықта орналасқан екен делiк. Әрбiр элементар массаға (∆mi)
элементар айналдырушы күш (∆F) әсер етедi.
Ньютонның екiншi заңы бойынша:
∆ =∆mi·
Мұндағы ai-элементар массаның сызықтық үдеуi. Соңғы тендеудiң екi жағын да
элементар масса сызған шеңбердiң радиусына көбейтсек: ∆· ri=∆mi· ri
ал сызықтық үдеу = екенiн еске алсақ, онда ∆·
ri=∆miri2 элементар массаны қозғалысқа келтiретiн айналдырушы момент
екендiгiн еске алсақ, әрi ∆mi·ri2=∆Ii деп белгiлесек, онда соңғы формула
былай түрленедi:
∆=∆Ii·
∆Ii шамасы —элементар массаның инерция моментi деп аталады. Айналдырушы
моменттердiң ∆M i қосындысы:
10-сурет
∑∆Mi=β∑∆Ii
Мұндағы ∑∆= денеге түсiрiлген айналдырушы момент, ал ∑∆Ii=I дене
инерциясының моментi екенiн еске алсақ =. Бұл формула айналмалы
қозғалыс динамикасының негiзгi заңы, немесе айналмалы қозғалыс үшiн
Ньютонның екiншi заңы деп аталады. Оны түрлендiрсек:
==I·;
= шамасын импульс моментi деп атайды.
АЙНАЛМАЛЫ ДЕНЕЛЕРДІҢ АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҒЫНДА ҚОЛДАНЫЛУЫ
Айналмалы қозғалыстар центрден тепкiш насостар (сорғыштарда),
компрессорлар, желдеткiш жұмыстарында анығырақ бiлiнедi. Центрден тепкiш
насостар суық немесе ыстық суларды, қышқылдар мен сiлтiлердi, көмірдi, күл
мен шлакты бір жерден екiншi жерге беру үшiн қолданылады. Центрден тепкiш
насостарды кейде су көтергiш машиналар деп те атайды. Олардың жұмыс iстеу
принципi айналып тұратын дөңгелектер арасындағы сұйық бөлшектерiне
кинетикалық энергия жеткiзiп беруге негiзделген. Бұл насос ауыл
шаруашылығында кеңiнен пайдаланылады. Малды өнеркәсiптiк негiзде өсiруге
байланысты, оларды қысы-жазы жабық қорада ұстауға тура келедi. Мiне осы
қораның iшкi температурасын қалыпты жағдайда ұстау үшiн центрден тепкiш
желдеткiш пайдаланылады. Мұның да жұмыс iстеу принципi центрден тепкiш
насостардiкiне ұқсас. Тек мұнда судың орнына ауа айдалады. Желдеткiштің
көмегiмен қора ішіндегі иiс сорылып далаға шығарылады да, оның орнына таза
ауа айдалады. Сөйтіп, мал қораның ауасы үнемі тазарып тұрады.
Кез келген ауыл шаруашылығы машинасы айналмалы бөліктен тұрады.
Мәселен комбайнды алайық. Оның молотилкасының негiзгi бөлiгi оның барабаны
болып саналады. Айналу жиiлiгi 1300 айналыммин барабан тiстерi астық дәнiн
сыпыра алады.
Ендi шөп шапқыш (косилка) машинаны алыңыз. Мұнда да қозғалыс оның
дөңгелегi арқылы пышаққа берiледi. Дөңгелек пен пышақты шестернялар мен
бiліктер жалғастырады. Немесе оны кривошиптi-шатунды механизм деп атайды.
Осы механизмнiң бөлшектер айналымы қозғалыстың мысалы бола алады. Немесе
астық тазартқышты алайық. Оның негiзгi бөлшектерін (білік, ролик)
қарастырып көрейiк.Атап айтқанда, транспортер екі роликтен тұрады. Осы
роликтердiң қозғалысы айналмалы қозғалысқа мысал бола алалы.
ҮШІНШI ТАРАУ. ЖҰМЫС ЖӘНЕ ЭНЕРГИЯ. САҚТАЛУ ЗАҢДАРЫ
Денеге тұрақты F күшiмен әсер еткенде, ол s жол жүрсiн делік. Сонда бұл
күштiң жұмысы A=F·s cos α-ке тең болады. Жалпы алғанда күш өзгерiп отырады.
Олай болса, айнымалы күштің жұмысын табу үшiн жүргiзiлген жолды өте кішкене
бөліктерге бөлемiз. Осы кiшкене бөлiктердегi денеге әсер ететін күш тұрақты
деп қарастырылады. Сонда ол жұмыс мынаған тең: dAn=Fn·dsnCosαn. Ал ендi s
жолындағы жұмысты табу үшін осы элементар жұмыстың қосындысын аламыз:
A=dA=∫Fn·dsnCosαn=F·sCosα
Егер α90˚ болса, онда жұмыс оң деп, ал α90˚ болса, онда жұмыс терiс деп
аталады. Ал α=90˚ болса, онда жұмыс нольге тең. Жұмыстың өлшем бiрлiгiне
Джоуль (Дж) алынады. 1 Дж=I Н. 1 м. Жұмыстың iстелу жылдамдығын анықтау
үшін қуат деген ұғым енгiзіледі. Қуат деп ∆t уақыт iшiнде iстелген ∆A
жұмыстың осы уақытқа қатысын айтады:
N===F·υ
Дене тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда, оның қуаты соңғы формуламен
анықталады. Қуаттың өлшем бiрлiгiне Ватт (Вт) алынады.
1 Вт=1;
Дененiң жұмыс iстеу қабiлетiн энергия деп атайды, яғни dA=dE. Ал dA=F·ds
екенiн және F=m· екенiн ескерсек, онда
dA=F·ds=m·ds=mdυ·=mυdυ
Сонымен
dA=dE=mυdυ
Егер дене жылдамдығын υ1 ден υ2 дейiн өзгертетiн болсақ, онда iстелген
жұмыс былайша табылады:
немесе К= бұл дененің кинетикалық энергиясы. Кинетикалық энергия
дененің массасына және оның жылдамдығына байланысты екен. Егер күштің
әсерінен жасалыңған жұмыс де-
ненің жүріп өткен жолынын формасына (траекториясына) бай-
ланысты болмаса, ондай күшті консервативті деп, ал
жолдың формасына байланысты болса, онда диссипативті
деп атайды. Денені жер бетінен h1 және h2 биіктікке көтергенде
гравитациялық күштің атқаратын жұмысы потенциялық энер-
гия деп аталады да, ол манаған тең болады:
П = тgh2 – тgh1 = mg (h2 —h1)
Сол сияқты консервативтік күштердің қатарына серпімділік
күштері де жатады. Серіппені созғанда (dх) серпімді күштің
әсерінен істелетің жұмысты табайық:
Мүндағы dх — серіппенің ұзаруы, =kx – ті еске алсақ
Ал серінпе х1-деп х2 кейін созылса, онда жұмыс
Ппотенциялық энергия.
Мұндағы х1 және х2 серіппесінің бастапқы және сонғы жағдай-
лары. Көріп отырғанымыздай, потенциялық энергия жолдын.
формасына байланысты емес. Ол дененің бастапқы және соңғы
жағдайларына ғана байланысты болады екен.
Потенциялық энергия әсерлесетін денелердің өзара орнали-
суына тығыз байланысты болады.
МЕХАНИКАДАҒЫ ЭНЕРГИЯНЫҢ САҚТАЛУ ЗАҢЫ
Егер жүйенің күйі тек қана консервативті кұштердің осері-
нен өзгеретін болса, онда бұл кұштің атқаратыш жұмысы жүйе-
нің бастапқы және сонғы орналасуына байланысты болады. Ай-
талық жұйе бір күйден екінші күйге өткенде атқарылатын
жұмыс:
Мұндағы П1, П2 - жүйенің бipiншi және екінші күйлеріндегі потенциялық
энергиясы. Сонғы формуладан көріп отырғанымыз-
дай, консервативті күштердің жұмысы потенциялық энергиялар-
дың азаюына тен болады. Элементар жұмыс үшін dА=-dП
Егep тұйық жүйеде тек қана консервативті күштср әсер ете-
тің болса, онда істелінетің элементар жұмыс мынаған тең болады:
dA = dК = -dП =dК + dП
Осыдан
dK+dП = d(K+П)=0
немесе
E = K+П = const
шығады.
Кинетикалық жэне потенциялық энергияның қосындысы тұрақты шама болады. Бұл
механикалық энергияның сақталу заңы болып табылады. Адам жүгіргенде, жай
жүргенде, жұмыс
істегенде, оның бұлшық eттepi жұмыс атқарады. Адам немесе жа-
нуар қозғалмай тұрса да, олардың бұлшық eттepi жұмыс ұстің-
де болады. Мысалы, сүйікті белгілі бip жағдайда ұстап тұру
үшің де бұлшық ет жұмыс істейді. Есептеулерге карағанда, бір
жұмыс күні ішінде (айталық cегiз сағатта) адам орта есеппен
8∙106 ДЖ жұмыс атқарады екен. Сонда адам организмінің ор-
таша қуаты:
Ал қажет кезінде адам болсын, жануар болсын аз уақыт ішінде өзінің қуатын
өтсе тез көбейте алады. Сағатына 7 км жылдамдықпен жүрген адам өз қуатын
200 Вт жеткізсе, сағатына 20 км жылдамдықпен велосипедпен жүргенде ол
қуатын 320 Вт жет- кізеді. Мысалы 100 метрге жүгірген спортшы өз қуатын
7000 Вт дейін өcipe алады.
БҰЛШЫҚ ЕТ, ОНЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ ЖӘНЕ Ж¥МЫСЫ
Жануарлар үнемі механикалық қозғалыста болады. Жануар-
ларды механикалық козғалысқа түсіретін бұлшық ет болып са-
налады. Атап айтқанда бұлшық еттің жиырылуынан жануар-
лар механикалық қозғалысқа түседі Бұлшық еттің жиырылуы жануарлар
денесіне қажетті жылуды қамтамасыз ететін болса,
әрі карай химиялық энергияны бірден механикалық жұмысқа
айналдыратын құрал болып саналады. Бұл кезде химиялық
энергия жылулық немесе электр энергиясына емес, бірден меха-
никалық энергияға айналады. Жануарлар организмінде бола-
тын бұл процестің құпиясын ашу техникалық тұрғыдан алып
қарағанда да өте маңызды болып табылады. Бұл құбылысты
шешу (яғни химиялық энергияның бірден механикалық энер-
гияға айналуы) жақа типті двигательдер ойлап табуға мұмкін-
дік береді.
Бұлшық еттің бірнеше тұрі бар. Соның бірі-қаңқаға жа-
бысып тұратын бұлшық ет. Сұйекке жабысьш тұратын бұлшық
етті орталық жүйке жүйесі бақылап отырады. Бұлшық ет көп-
теген шоқ талшықты еттерден, әрбір шоқтық өзі көптеген тал-
шық еттерден тұрады. Талшық еттің құрамында созылған көп
ядролы клеткалар болады. Оны ерекше қабат қоршап түрады.
Оны сарколема деп атайды. Бұлшық етті құрайтын талшықтар-
дың арасында қан жүретін капиллярлық ыдыстар орналаса-
ды. Бұлшық ет талшықтардаң тұрады. Ал талшықтардын ішін-
де созылған молекулалық құрылым — миофибриллалар болады.
Молекулалық тұрғыдан алып қарағанда сүйек бұлшык еті тәр-
тіпті орналасады. Айталық, сарколеманын қалындығы 200 ∙ 10-10
метрге тең. Оның сыртын коллагеп талшықтары қаптап тұрады.
Бұлшық етті сүйектен бөліп алып, оны жан-жақты зерттеуге
әбден болады.
Бұлшық етті физикалық дене деп қарастырсақ онда ол сер-
пімділік, созылғыштық, тұтқырлық, релаксация тәрізді механи-
калық қасиеттерге ие болумен қатар, жиырылғыштық жәнс қоз-
ғыштық тәрізді биологиялық қасиеттерге де ие.
Бұлшық етке кұшпен әсер етіп оны созғанда, оның серпімді-
лік қасиеті білінеді. Бұлшық ет созылуының шамасы Гук заңы-
меп анықталады:
Мұндағы l-бұлшық еттің бастапқы ұзындығы, ∆l бұлшық
еттің абсолют ұзаруы, Ғ -әсер етуші күш, S - бұлшық ет кел-
депең қимасының ауданы, Е - серпімділік модулі.
Бұлшық етке күш әсер етуін тоқтатқаннан кейін ол бұрынғы
қалпына қайтып келеді.
Каучуктің де, бұлшық еттің де серпімділік модульдері шама-
лас, атап айтқанда Е = 98,1 104 Па тең. Бұлшық ет созылғанда
кристаллизациялық жылу бөлінеді де, бұлшық ет қызады. Мұн-
дай қасиет каучукте де байқалады. Кұш әсер етуін тоқтатқаннан кейін өз
калпына қайтып келеді дедік. Алайда,
бұлшық ет өзінің бұрынғы қалпына түгелдей қайтып келе
қоймады. Мұны калдық деформация деп атайды. Бұл деформа-
цияның пайда болуы дененің созылымдық қасиетке ие болаты-
нын көрсетеді. Бұлшық ет абсолют серпімді денеге емес, тұт-
қырлық- серпімді денеге жатады. Бұлшық етте пайда болатын
қалдық деформация оның созылғыштық қасистін білдіреді. Со-
нымен, бұлшық еттің созылғыштық қасиеті деп әсер етуші күш
өзгермей калғанда да бұлшық еттің уақыт өткен сайын ұзара
түсуін айтады.
Бұлшық еттің қозғыштығы деп оның тұтқырлық, серпімділік күш салуы
(напряжение) тәрізді қасиеттерінің өзгеруіне әкеліп соқтыратын қозғыштық
күйге түсуін айтамыз. Ал бұлшық еттің жиырылғыштығы деп оған әсер етіп
тұрған күштің өзгеріссіз қалғанына қарамастан бұлшық еттің ұзындығының
өзгеруін, дәлірек айтқанда қысқаруын айтады. Бұл қасиет бұлшық ет қоз-
ған кезде пайда болады.
Соныменен, бұлшық ет ұзындығының өзгеруі (жиырылғыш-
тығына) оған әсер ететін күш шамасына және қозғыштық дәре-
жесіне байланысты мәселе екен. Бұлшық еттін изотопиялық жә-
не изотермиялық түрде жиырылуы мүмкін. Изотопиялық жиы-
рылу ден күш өзгермесе де бұлшық ет қозуының нәтижесінде
оның ұзындығының өзгеруін айтамыз. Изотермиялық жиыры-
лу деп бұлшық еттің ұзындығы өзгермссе де козудың нәтиже-
сінде бұлшық еттің түсетін күштің (нагрузка) өзгеруін айтады.
Термодинамикалық тұрғыдан алып қарасақ бұлшық ет хи-
миялық энергияны механикалык жұмыска айналдыратын жүйе
болып саналады. Сонымен, бұлшық ет жиырылғанда жұмыс жа-
сылынады. Изотопиялық жиырылу кезінде істелетін жұмыс мы-
наған тең:
А = Ғ∙∆l
Мұндағы Ғ-әсер етуші күш, ол тұрақты, l-бұлшык еттің
абссолют ұзаруы. Ал бұлшық еттіқ ішкі энергиясының өзгеруін
∆ε деп алсақ, онда бұлшық еттің пайдалы әсер коэффициенті
мынаған тең:
(1)
Ал бұлшық еттің ішкі энергиясының өзгеруі істелінген жұмыс
нен бөлініп шыққан жылудың қосындысына тең екенін ескерсек. онда
Мұндағы Q - бөлінген жылу, - жиырылу жылуы.Сонда,
Осыдан (1) формула мына түрге енеді:
(2)
Ал,Q және k-нің әсср ететін Ғ күшке байланыссыз екенін ескер-
сек, онда бұлшық еттің пайдалы әсер коэффициентінің күшке
байланысты болатынын байқар едік.
Ал, бұлшық ет жиырылуының қуаты формуламсн анықта-
лады:
(3)
Мұндағы υ- бұлшық еттің жиырылу жылдамдығы.
КЕЙБІР ТРАКТОРЛАРДЫҢ ҚУАТЫ
Болашақ зооинженерлер мен агрономдардың техникадан хабардар болуы заңды
нәрсе. Сондықтан да кейбір тракторлар мсн
машиналардыд қуатын еске сала кетейік.
Тракторлар мен машиналар Қуаты
кВт ат күші
Т-16 тракторы 11,2 16
ДТ-20 тракторы 13 18
МТЗ-50 дөңгелекті 37 50
тракторы
46 64
Жигули (ВАЗ 2101) ав
томобилі 70 95
Волга (ГАЗ-24) автомо 73,5 100
билі
110 150
Астық жинайтын Сибиряк
комбайны
220 300
ЗИЛ-150 автомобилі
740 1000
Кировец-701 тракторы
АН-2 самолеті
ТӨРТІНШІ ТАРАУ
СЕРПІМДІ ДЕНЕЛЕРДІҢ ҚАСИЕТТЕРІ
КРИСТАЛЛ ЖӘНЕ АМОРФТЫ ДЕНЕЛЕР
Қатты дененің газ бен сұйықтан айырмашылығы сол, ол өз көлемі мен
формасын сақтайды. Қатты дененін көлемі мен формасын сақтап қалуы олардың
атомдар мен молекулалардың арасындағы тартылу және тебілу кұштерімсн
түсіндірілсе керск. Қатты денелер атомдардың немесе молекулалардың тәртіп-
ті, ретті түрде орналасуы олардың кристалдық құрылысын білдіреді. Дененің
құрылысында атомдар, иондар немесе молекулалардың жиынтығының орналасуын
кеңістік (кристалдық) тордеп атайды. Бертікті кеңістік (кристалдық)
тордан тұратын қатты денені монокристалдар деп атайды. Монокристалдарға
алмас, топаз, кварц жатады. Ал енді көптеген қатты денелер өсіп, бірімен-
бірі байланасып кеткен майда кристалдардан тұрады. Ол кристалдардың
орналасуы мен бағыты да оз түрлі. Осындай қатты денелер поликристалдар деп
аталады. Мысалы қант,металл және т.б. Катты дененің ішкі құрылымындағы
бөлшектердің (атомдар, иондар, молекулалар) орналасуына байланысты моно
және поликристалдар иондық, атомдық, металдық және молекулалық болып төртке
бөлінеді.
Иондықкристалдардың кеңістік торының түніндерінде оң
және теріс зарядталған иондар орналасады да, олардың арасында электро –
статикалық кұштер әсер етеді. Бұл типтегі торды гетерополярлық деп атайды.
Йондық кристалдарға натрий хлориды, цезий хлориды, калий бромиды және т.б.
жатады. Атомдық кристалдардың тор түйіндерінде бейтарап атомдар орналасады.
Олардың арасындағы байланыс валентті электрондар алмасуы кезінде жүзеге
асады. Әр түрлі атомдағы түрліше бағыталған екі электрон (спиндері қарама-
қарсы бағытталған) бір орбитада кездесіп, жұпталады да, бірін-бірі тартып
тұрады. Бұл кристалдарға кремний, германий, алмас және т,б. жатады. Бұл
байланысты гомеополярлық деп атайды.
Металдық кристалдардың тор түйіндерінде оң иондар орналасады. Химиялық
таза металдар тек осы металдың иондарынан ғана құралады. Металдық
кристалдардың кеңістік торы куб немесе алты қырлы призма түрінде болады.
Металдар пайда болған кезде бөлініп ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz