Текст выступления:

Үйкеліс күші. Үйкелісті техникада ескеру
1. Үйкеліс күші және техникадағы маңызы

Үйкеліс күші — бұл өміріміздің әртүрлі саласында кездесетін, қозғалысты реттеуде маңызды рөл атқаратын негізгі физикалық күштердің бірі. Мысалы, адам жүретін кезде аяқ пен жер бетінің арасындағы үйкеліс күші арқасында тепе-теңдік сақталады. Бұл күштің көмегімен көлік те тиеліп, тоқтап, тіпті жұмыс істейді.

2. Үйкеліс күшінің ғалымдар зерттеуі мен тарихы

Үйкеліс күшінің табиғаты мен оның әрекеті ғасырлар бойы ғалымдарды қызықтырып келеді. Беттердің ұсақ кедір-бұдырлығы мен молекулалық тартылыстың әсерінен пайда болатын бұл күшті алғаш рет зерттегендердің қатарында Ұлы суретші және өнертапқыш Леонардо да Винчи және француз ғалымы Гилберт Амонтонс бар. Амонтонс 1699 жылы үйкеліс заңдарын тұжырымдап, механика мен техника салаларының дамуына негіз қалады. Бұл күштің маңыздылығы қазіргі заманның заманауи технологияларының да жетістіктерінде көрініс табады.

3. Үйкеліс күшінің анықтамасы

Үйкеліс күші — бұл екі дененің жанасуында олардың бір-біріне қарсы әрекет етуінен пайда болатын күш, ол олардың қозғалысына кедергі жасайды. Осы кедергі арқылы денелердің бір-біріне қатысты қозғалысы тежеледі немесе мүлдем тоқтайды. Бұл процесс қозғалыстың бағытына қарсы бағытталады, демек үйкеліс қозғалысты тежейді. Осылайша, үйкеліссіз біз күнделікті өмірімізде қозғалысты басқару, тоқтату және қауіпсіздікті қамтамасыз ету сияқты маңызды әрекеттерді орындай алмайтын едік.

4. Үйкеліс күшінің физикалық табиғаты

Үйкеліс күші беттерде орналасқан микроскопиялық кедір-бұдырлар мен молекулалардың тартылуы арқылы пайда болады. Мысалы, ағаш пен тас бетінің ұсақ тесіктері мен түйіндері өзара жанасқанда, олардың бір-біріне ілініп тұруы үйкеліс күшінің көзі болып табылады. Бұл күш механикалық энергияны жылу құбылысына айналдырады, сондықтан қозғалыс кезінде үнемі энергия шығыны байқалады. Ғалымдар молекулалық деңгейде тартылыс пен серпімділік күштері үйлесімінде жұмыс істейтін бұл құбылысты ұзақ зерттеп, теориялық негізін қалады.

5. Үйкеліс күшінің негізгі түрлері

Үйкеліс күшінің бірнеше түрі бар, олардың әрқайсысы қозғалыстың сипатына және жағдайына байланысты ерекшеленеді. Тыныштық үйкелісі қозғалыс басталмас бұрын әрекет етеді, яғни дененің қозғалысқа келуін тежеуге тырысады. Сырғанау үйкелісі денелер қозғалған кезде пайда болып, мысалы, мұз үстінде конькимен сырғанау кезінде байқалады. Ал домалау үйкелісі дөңгелек немесе шар тәрізді денелердің айналуынан пайда болады және олардың айналу жылдамдығын тежейді, бұл автомобиль дөңгелектерінің жолмен байланысында маңызды рөл атқарады.

6. Үйкеліс түрлерінің техникалық салыстырылуы

Берілген кестеде тыныштық, сырғанау және домалау үйкелістерінің ерекшеліктері мен қолдану аймақтары көрсетілген. Тыныштық үйкелісі ең күшті болып, қозғалысты бастау кезінде маңызды, ал домалау үйкелісі ең әлсіз, көбінесе қозғалысты жеңілдету үшін пайдаланылады. Бұл мәліметтер техникалық құрылғыларды жобалауда дұрыс үйкеліс түрін таңдау және энергия үнемдеу мақсатында қолданылады.

7. Үйкеліс күшіне әсер ететін факторлар

Үйкеліс күші түгелімен беттердің материалдық құрамына тәуелді, себебі әр түрлі материалдардың беттерінде үйкеліс коэффициенті өзгереді. Мысалы, резеңке мен асфальттың үйкеліс коэффициенті жоғары болса, мұз бен саз беттері төмен. Беттердің кедір-бұдырлығы да үлкен роль атқарады — ұсақ кедір-бұдырлы беттер үйкелісті арттырады, ал тегіс беттерде үйкеліс күші азаяды. Сонымен қатар, қысым күші артқан сайын үйкеліс күші де артады, бірақ жанасу ауданының көбейуі үйкеліс күшіне айтарлықтай әсер етпейді.

8. Үйкеліс күші мен қысым арасындағы байланыс

Үйкеліс күші қысым деңгейіне тікелей пропорционал. Қысым артқан сайын үйкеліс күші де ұлғаяды. Бұл заңдылық пневматикалық және гидравликалық жүйелердің жұмысында өте маңызды, себебі олар қысымды қолданып, үйкелісті басқаруға негізделген. Диаграмма арқылы көріп отырғанымыздай, қысым мен үйкеліс күші арасындағы байланыс айқын, бұл техникалық жобаларды жасауда осы қасиетті ескеруге мүмкіндік береді.

9. Техникадағы пайдалы үйкеліс мысалдары

Техника мен өнеркәсіпте үйкеліс күшін пайдалану көпшілікке таныс. Мысалы, автомобильдің тежегіші — үйкеліс күшін қолданып, көлікті тоқтатуға мүмкіндік береді. Жол бетіндегі резеңке шиналар мен асфальт арасындағы үйкеліс те қозғалыстың қауіпсіздігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, үйкеліс арқылы механизмдер өзара қозғалысын реттеп, қажетті тұрақтылық пен басқару мүмкіндігін береді.

10. Техникадағы зиянды үйкеліс мысалдары

Алайда, үйкеліс күшінің теріс жақтары да бар. Механизмдердің бөлшектерінің күшті үйкелісі олардың тез тозуына және жұмысының бұзылуына әкеледі. Мысалы, машиналардың қозғалтқыш бөліктеріндегі жоғарғы үйкеліс энергия шығынына және бөлшектердің жылдам ақауына себеп болады. Сондай-ақ, артық үйкеліс қозғалыстың жоғалуына және өнімділіктің төмендеуіне әкеліп, өндірістік шығындарды көбейтеді.

11. Үйкелісті азайту тәсілдері

Үйкелісті тиімді басқару үшін бірнеше әдістер қолданылды. Майлау материалдары — май, графит және литол сынды — бөлшектердің беттерінің арасындағы үйкелісті азайтып, қозғалысты жеңілдетеді және бөлшектердің тозуын бәсеңдетеді. Механикалық бөлшектердің жылтыратылуы олардың бетінің тегістігін арттырып, үйкеліс күшін төмендетеді. Сонымен қатар, арнайы подшипниктер орнату арқылы домалау үйкелісі пайдаланып, сырғанау үйкелісін айтарлықтай азайтуға болады. Қазіргі заманғы өндірісте үйкелісті азайтатын жаңа материалдар мен арнайы сырғу беттер техника өнімділігін арттыруға септігін тигізеді.

12. Майлау әсерінің салыстырмалы тиімділігі

Майлаусыз механизмдерде бөлшектердің беттерінде тікелей металл байланысы болады, бұл үйкелісті күшейтіп, бөлшектердің тез тозуына алып келеді. Зерттеулер көрсеткендей, майлау үйкеліс коэффициентін екі есеге дейін азайтады, техника қызмет мерзімін ұзартады және ақауларды алдын алады. Бұл мәліметтер «Механика негіздері» оқулығында кеңінен қарастырылған.

13. Үйкелісті арттыру жолдары

Үйкелісті арттыру да кейбір жағдайларда қажет. Мысалы, биік салмақты аяқ киімнің табанын кедір-бұдырлы материалмен жабу аяқтың бетпен жақсы ілінісуін қамтамасыз етеді, бұл тайғақтықты төмендетіп, қауіпсіздікті арттырады. Сондай-ақ, жолдарға арнайы резиналық жамылғыларды төсеп, спорт залдарында қаптамалар қолдану арқылы үйкелістің мәні мен тиімділігі артады, бұл спортшылар мен адамдардың қауіпсіз қозғалуына ықпал етеді.

14. Үйкелісті ескермегеннің салдарлары

Үйкеліс күшін дұрыс басқармау, әсіресе техникалық құрылғыларда, маңызды мәселелерге әкеледі. Мысалы, механизмдердің жылдам тозуы бөлшектердің арасындағы артық күштердің материалға зиян келтіргенінен болады. Сонымен қатар, бөлшектердің сырғып кетуі қозғалыстың тұрақтылығын бұзып, өндіріс өнімділігінің төмендеуіне және ақаулардың көбеюіне себеп болады. Үйкеліс заңдарын дұрыс есептемеген жағдайда техникада апаттар туындап, адамның өміріне және материалдық шығындарға әкелуі мүмкін.

15. Техникада үйкеліс күшінің қолданылуы (мысалдар кестесі)

Кесте техникалық салаларда түрлі үйкеліс түрлерінің қолданылуын, олардың мақсаты мен басқару әдістерінің ерекшеліктерін нақтылайды. Әрбір салада үйкеліс күшін тиімді басқара отырып, техника өнімділігі мен сенімділігін арттыруға бағытталған арнайы шешімдер қабылданады. Мысалы, автомобиль өнеркәсібінде майлау арқылы үйкеліс азайтылады, ал құрылыс материалдарында кейде үйкелісті көбейту қажет болады.

16. Автомобиль техникасында үйкеліс рөлі

Автомобиль техникасында үйкеліс – қозғалысты қамтамасыз ететін маңызды күш. Мысалы, дөңгелектер мен жол арасындағы үйкеліс арқасында көлік тормозға тоқтай алады немесе бағыт ауыстыра алады. Егер үйкеліс мүлде болмаса, көлік сырғанағандай қозғалып, басқару мүмкін болмайды. Сонымен қатар, үйкеліс мотордың бөлшектері арасында қозғалыстың реттелуіне ықпал етеді, бірақ қажетсіз үйкеліс майландырушылардың көмегімен азайтылуы тиіс, өйткені артық үйкеліс энергия шығынына әкеледі және бөлшектерді тез тоздырады. Мұндай үйлесімділік техника жұмыс өнімділігін және қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.

17. Тұрмыстағы үйкеліс мысалдары

Тұрмыста үйкеліс жиі күнделікті заттармен байланысты көрініс табады. Мысалы, аяқ киімнің табаны мен жердің арасындағы үйкеліс адамның тайып кетпеуін қамтамасыз етеді, ал сырғанауық бетіндегі үйкеліс төмен, сондықтан сырғанау қызықты әрі оңай болады. Кір жуғыш машинаның қозғалтқыш бөліктері де үйкелісті басқаруды қажет етеді: артық үйкеліс тозуға әкеледі, ал оның жеткіліксіздігі машинаның дұрыс жұмыс істеуіне кедергі болады. Соңында, қарапайым механикалық құрылғыларда – мысалы, қақпақтарды ашу кезінде – үйкеліс күшінің дұрыс орналасуы қолайлы қозғалыс пен қауіпсіздікке әсер етеді.

18. Үйкеліс күшінің пайда болу процесі

Үйкеліс күші – бұл механикалық және молекулалық деңгейде пайда болатын күрделі процесс. Бастапқыда екі бет қақтығысқанда олардың микроскопиялық тегістіктері тіреліп, белгілі күш түзіледі. Бұл күш беттер арасындағы қаріпті тартады және қозғалысты тежейді. Сонымен қатар, молекулалық деңгейде беттік күштер әсер етеді, олар беттерді біріктіру әрекетінде болады. Үйкеліс күші осы екі фактордың қосындысы ретінде көрінеді. Бұл процесс бұйымдар мен материалдардың жағдайына байланысты өзгеріп отырады, сондықтан үйкелісті зерттеу мен бақылау техникада маңызды.

19. Қоршаған орта факторларының әсері

Қоршаған орта шарттары үйкеліс күшіне елеулі ықпал етеді. Мысалы, су бетін сызықтық етіп, сырғанауды жеңілдетеді, үйкеліс күшін айтарлықтай төмендетіп, қозғалыстың жеңілдеуіне ықпал етеді. Шаң мен мұз да беттер арасына түсіп, үйкелісті азайтады, бұл әсіресе қысқы жолдарда қауіпті жағдай туғызады. Майлы заттар болса, техника бөлшектерінің беттерін жабады, үйкеліс коэффициентін төмендетеді, бұл кейде бөлшектердің бекітілуін қиындатады. Сонымен қатар, температураның өткір өзгерісі материалдардың физикалық қасиеттерін өзгертіп, үйкеліс деңгейіне әсер етеді; мысалы, судың мұзға айналуы үйкелісті азайтып, сырғанауға ықпал етеді.

20. Үйкеліс күшінің техникадағы маңызы

Үйкеліс күшін дұрыс басқару заманауи техникада сенімділік пен қауіпсіздіктің негізгі кепілі болып табылады. Бұл күштің пайдалы тұстарын күшейтіп, зиянды әсерлерін азайту техника қызметінің ұзақтығын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, үйкеліс деңгейінің тиімді реттелуі әртүрлі салаларда – көлік, өндіріс, тұрмыс техникасында – өнімділік пен қауіпсіздікті арттыруға септігін тигізеді. Сондықтан үйкеліс күшін түсіну және оны саналы пайдалану ғылыми және өндірістік дамудың басты бағыттарының бірі болып қала береді.

Дереккөздер

Исаев, А.М. Механика и теория машин и механизмов. — М.: Высшая школа, 2015.

Гусев, В.И. Физика. Электричество и магнетизм. — М.: Наука, 2016.

Смирнов, Н.А. Основы физики: учебник для средних классов. — СПб.: Питер, 2020.

Амонтонс, Г. Исследования по трению. 1699.

Леонардо да Винчи. Тетради по механике и физике. — Италия, XV век.

И.И. Зворыкин, В.Л. Капуста. Основы трения и износа. – М.: Машиностроение, 1980.

Г.А. Поляков. Трение и смазка в машинах и агрегатах. – Л.: Машиностроение, 1975.

Е.Т. Абдулин. Трение в технических системах. – Алматы: Казахский университет, 2010.

В.Ф. Овчинников. Физика трения поверхности. – М.: Наука, 1985.