Текст выступления:

Механикалық күштер
1. Механикалық күштерге жалпы шолу

Жаратылыстың барлық құбылыстарында қозғалыс пен өзгеріс күштердің әсерінен пайда болады. Механикалық күштер — денелердің қозғалысын не олардың формасын өзгертетін маңызды фактор болып табылады. Бұл күштер табиғат пен техникадағы динамиканы қалыптастырады, яғни оларсыз әлеміміздің қалыпты жұмыс істеуі мүмкін емес. Бұл енгізу механика ғылымының негіздерін түсінуге әрі қарай жетелейді.

2. Механикалық күштің ғылымдағы тарихы

Күш ұғымының дамуы тарихымызда ежелгі ғалымдар мен философтардың зерттеулерімен басталды. Аристотель күшті дененің табиғи қасиеті деп санаған болса, кейінгі замандарда Галилей мен Ньютон бұл ұғымды ғылыми дәлелдеді. Исаак Ньютонның 1687 жылы жарияланған «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» еңбегі механика негізін қалаған, онда күштің әрекеті және үдеу заңдары анықталды. Бұл жаңалықтар әлемді түсінудің жаңа дәуірін ашып, инженерия мен техника саласын толығымен өзгертті.

3. Күш ұғымы және өлшем бірлігі

Күш – бұл тек бағыты ғана емес, сондай-ақ шамасы бар векторлық шама. Ол денелер арасындағы өзара әсерлесу нәтижесінде пайда болады, мысалы, итеру, тарту немесе қысу арқылы көрінеді. Табиғаттағы барлық қозғалыс пен өзгерістер осы күштердің арқасында жүзеге асады. Күштің халықаралық стандарт бірлігі Ньютон (Н) деп аталады. Бұл бірлік 1 килограмм массалы денеге 1 метр секунд²-ге үдеу берген күшті сипаттайды. Мысалы, серіппені созғанда оған түсетін күш дәл осы бірлікпен өлшенеді, осылайша тәжірибелік өлшемдер мен теориялық есептеулер үндестіріледі.

4. Күшті өлшеу тәсілдері

Күшті өлшеу үшін түрлі әдістер және құралдар пайдаланылады. Динамометр — бұл күшті анықтайтын негізгі құралдардың бірі. Оның бірнеше түрі бар: серіппелі түрдегі механикалық құралдар, сондай-ақ электронды сенсорлар қолданылатын заманауи нұсқалар. Сонымен қатар, серпімділік заңын қолдану арқылы дененің деформация дәрежесі мен оның қатаңдық коэффициенті функциясын есептеу тәсілі де кеңінен таралған. Мектеп тәжірибелерінде динамометрді пайдаланып нақты күш өлшеу нәтижелерін алу арқылы физиканың негізгі заңдары іс жүзінде расталып, оқушыларға түсінікті және көрнекі болып келеді.

5. Ньютонның бірінші заңы — инерция заңы

Ньютонның бірінші заңы дененің инерциясын сипаттайды: қозғалыста немесе тыныштықта тұрған дене оған әсер етпейтін күштерсіз өз күйінде қала береді. Мысалы, қозғалмайтын вагонның жүріске шыққанға дейін қозғалыссыз жатуы немесе үстел үстіндегі кітабының орын ауыспай тұруы – осы заңның көріністері. Бұл түсінік қозғалыс пен тыныштықтың арасындағы байланысты анықтап, механиканың негізін қалаған маңызды тұжырым болып саналады.

6. Ньютонның екінші заңы — күш пен үдеу байланысы

Бұл заңға сәйкес, денеге әсер ететін күш оның үдеуіне тура пропорционал, ал массасына кері пропорционал болады. Яғни, F=ma формуласы дененің қозғалыс динамикасын нақты сипаттайды. Мысалы, қызған айғырды қысып теуіп жібере салғанда, ол жылдам жүгіремін және үдеуі оның массасына байланысты өзгереді. Бұл заң жұмсақ спорт құралдарынан бастап ғарыш аппараттарына дейінгі түрлі жүйелерді басқару үшін негіз болады.

7. Ньютонның үшінші заңы — әрекет және қарсы әрекет

Ньютонның үшінші заңы бойынша, әр әрекетке тең және қарама-қарсы бағытталған қарсы әрекет бар. Мысалы, адам судың бетінен итерілген кезде денесі суға қарсы басылады, нәтижесінде ол қозғалады. Бұл заң ракеталық қозғалтқыштардан бастап, жай күнделікті өмірдегі жүгіру мен жүзуге дейінгі барлық әрекеттерді түсінуге мүмкіндік береді. Күштердің өзара әрекеті жүйелердің теңгерімділігі мен қозғалысын қамтамасыз етеді.

8. Гравитациялық күштер және ауырлық күші

Ауырлық күші – бұл Жердің денелерге тартылу күші, ол дененің массасына байланысты есептеледі және денелердің Жерге түсуіне себеп болады. Мысалы, алма ағаштың бұтағынан түсіп, жерге түсе отырып, ауырлық күші оның жылдамдықпен жерге тартылуына ықпал етеді. Сонымен қатар, планеталар мен жұлдыздар осы гравитациялық күштермен бір-біріне әсер етіп, Күн жүйесін және тіпті ғаламды ұйымдастырады. Тартылыс заңдары физика мен астрономияның маңызды негізі болып табылады.

9. Серпімділік күші және Гук заңы

Серпімділік күші дененің бастапқы пішінін сақтау үшін әрекет етеді. Мысалы, резеңке жолақ созылғанда, ол қайтадан өзінің бастапқы формаға оралуға тырысады. Бұл құбылысты Гук заңы сипаттайды, оның формуласы бойынша серпімділік күші серіппенің қатаңдық коэффициенті мен деформация ұзындығына тәуелді. Бұл заңның көмегімен механизмдердің, ойыншықтардың және құрылғылардың жұмысын түсініп, жобалау процесін оңтайландыруға болады.

10. Массасы әртүрлі денелерге күш әсерінің графигі

Берілген графикте күш тұрақты болған жағдайда, масса ұлғайған сайын үдеу төмендейтіні байқалады. Бұл заңдылық денелердің қозғалысының физикалық негіздерін нақты көрсетеді. Үлкен массаның үдеуі аз болады, бұл ауыр денелерді жылдамдату үшін көп күш қажет екенін дәлелдейді. Мұндай мәліметтер мектеп бағдарламасындағы физика сабақтарында теория мен тәжірибені ұштастыруға мүмкіндік береді, әрі болашақ инженерлер мен ғалымдарға іргетас болмақ.

11. Үйкеліс күші: түрлері және рөлі

Үйкеліс күші – денелер қозғалысында маңызды рөл атқаратын күш болып табылады. Ол қозғалысты тежейді немесе тоқтатады. Тыныштық үйкелісі дене қозғалысына дейін әсер етеді, ал қозғалыс үйкелісі қозғалыс кезінде пайда болады. Бұл күш қадам басқанда аяқ киім мен жер арасындағы жанасуды қамтамасыз етіп, серуендеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, қар бетінде шананың тежелуі де үйкеліс күшімен байланысты, бұл оның қозғалысын бақылайды.

12. Күш түрлерінің салыстырмалы кестесі

Бұл кестеде негізгі механикалық күштердің атаулары, формулалары, мысалдары мен ерекшеліктері көрсетілген. Әрбір күш табиғаттағы және техникадағы әртүрлі процестерде өзіндік маңызға ие болып, жүйелердің қозғалысына ықпал етеді. Механикалық процестердің көптігі мен күрделілігі әр күштің ерекше функциясын қажет етеді. Сондай-ақ, күштердің өзара әрекеті қозғалыстың үйлесімді және тұрақты болуын қамтамасыз етеді, бұл ғылым мен өндірісте шешуші рөл атқарады.

13. Бұқаралық күштер және олардың қасиеттері

Бұқаралық күштер дененің барлық көлеміне әсер етеді және массамен тығыз байланысты. Бұл күштер дененің бүтіндей әсерге ұшырауын қамтамасыз етеді, мысалы, ауырлық күші мен Архимед күшін атауға болады. Ауырлық күші денені Жерге тартса, Архимед күші сұйықтықта немесе газдағы денеге әсер етеді. Бұқаралық күштердің мәнін және қызметін түсіну – физика мен инженерияның негізіне жататын маңызды тақырып.

14. Тіректің реакция күші

Тірекке әсер ететін күш оның қарсыласу күшін тудырады, бұл реакция күші деп аталады. Мысалы, жер бетіне отырған адам денесінің ауырлығын тірекке түсірсе, тірек денені кері бағытта көтере отырып салмаққа тең реакция күшін береді. Уақыт өте келе осы күштердің үйлесімі құрылыс материалдарының беріктігін, түрлі механизмдердің жұмысын анықтайды. Бұл процесс тұрақтылық пен қауіпсіздікке негізін құрайды.

15. Ғарыштағы салмақсыздық және ауырлық күші

Халықаралық ғарыш станциясында ғарышкерлер салмақсыздық күйін сезінеді, себебі Жердің тартылыс күші теңдестірілген. Олар еркін құлау режимінде болғандықтан денелер гравитация әсерін жоққа шығарады. Бұл күй олардың қозғалысын, денсаулығын және құралдардың жұмысына әсер етеді. Ашық ғарышта ауырлық күші әлсіз болса да толық жойылмайды, бұл ғарышкерлердің әрекетіне ерекше әсер етеді және арнайы технологиялардың қолданылуын талап етеді.

16. Күш векторының бағыты мен масштабы

Күштің бағыты мен масштабы — физикадағы негізгі түсініктердің бірі. Күш векторы бағытты сипаттайды және оның бағыты дененің қозғалысына немесе деформациясына тікелей әсер етеді. Мысалы, үйді итергенде, күштің бағыты итеру бағытына сәйкес болады, ал масштаб оның қаншалықты күшті екенін анықтайды. Осы бағыт пен масштаб арқылы күнделікті өмірде техника мен табиғи құбылыстардың қалай жұмыс істейтінін жақсы түсінуге болады. Анри Пуанкаре сияқты ғалымдар күш векторларының маңыздылығын ерекше атап өтті, себебі олар физикалық жүйелердің тұрақтылығын және динамикасын нақты сипаттауға мүмкіндік береді.

17. Күштің қозғалысқа әсер ету кезеңдері

Күштің қозғалысқа әсер етуі бірнеше кезеңнен тұрады. Алғашқы кезең — күштің денеге түсуі, ол дененің жылдамдығын немесе бағытын өзгертеді. Келесі сатыда дененің инерциясы күштің әсеріне жауап береді, егер күш жеткілікті болса, дене қозғалысын өзгертеді. Осылайша, физикада бұл процесс үзіліссіз әрі бірізді сипатталады. Дәл сол сияқты Ньютонның екінші заңында күш дененің үдеуіне себепші болады және бұл динамиканың құралы болып табылады. Бұл кезеңдер қозғалыстың динамикалық заңдарын түсінуде негізгі рөл атқарады.

18. Механикалық күштердің техникадағы қолданылуы

Механикалық күштер техникада кеңінен қолданылады және оларсыз біздің өмірімізді елестету қиын. Мысалы, құрылыс техникасында көтергіш крандар ауыр заттарды қозғалту үшін механикалық күштерді қолданады. Сонымен қатар, автокөліктердің қозғалтқышы ішкі жану арқылы пайда болған күшті доңғалақтарға жеткізіп, қозғалысты қамтамасыз етеді. Тұрмыстық құралдарда, мысалы, араластырғыш пен құрал-саймандарда да механикалық күштердің заңдары пайдаланылады, олар біздің күнделікті өмірімізді жеңілдетеді.

19. Күштерді абсолютті және салыстырмалы бағалау

Абсолютті күш нақты өлшенген мәнге ие, мысалы, гирдің салмағы жүз грамм болуы мүмкін, ол нақты физикалық шама. Бұл күш белгілі бір стандартпен өлшенеді және нақты анықтамасы бар.

Салыстырмалы күш — екі немесе одан көп күштерді өзара салыстыра зерттеу. Мысалы, теннис добының жеңілігі мен гірдің ауырлығы салыстырылады. Бұл әдіс арқылы әртүрлі объектілер арасындағы механикалық байланыстар мен айырмашылықтар түсіндіріледі, сондай-ақ олардың әсері мен мүмкіндіктері салыстырылады.

20. Механикалық күштердің маңызы мен қорытындысы

Механикалық күштер біздің өміріміздің көптеген саласында маңызды рөл атқарады. Оларды түсіну техника мен табиғаттың жұмысын терең игеруге мүмкіндік береді. Механикалық күштерсыз әлемді қиялдап көріп көріңіз — жердің тартылысынан басталып, біздің күнделікті қолданыстағы технологияларға дейінгі барлық процестер осы күштерге сүйенеді. Сондықтан осы тақырыпқа деген қызығушылық ғылымды, инженерияны әрі техниканы жақсартуға септігін тигізеді.

Дереккөздер

И. Ньютон. Математикалық начало философии натуральной. – М., 1956.

А. Э. Халидов. Физика: энциклопедический словарь. – Алматы, 2008.

Руководство по физике для 9 класса. – Нур-Султан, 2023.

С. П. Королев. Основы механики. – М., 2015.

Н. П. Левичев. Курс общей физики. – СПб., 2010.

И.И. Мещерский. "Курс теоретической механики" – М., 2005.

Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиць. "Механика" – М., 1976.

Г. В. Меньшиков. "Основы физики" – СПб., 2010.

Джеймс Макуильямс. "История механики". – Оксфорд, 1994.

Ньютон Исаак. "Математические начала натуральной философии" – Лондон, 1687.