۱۱/۲ - در نظر گرفتن نیرو به خاطر حرکت در مایع
وقتی یه بدن در یه مایع مثل آب یا هوا حرکت میکنه، بر اساس قانون سوم نیوتون، بدن روی مایع و مایع روی بدن، نیرو وارد میکنن (فصل ۳ را ببینید). چون بدن و مایع حرکت میکنن، نیروها، نیروهای مایع پویا نامیده میشن. وقتی یه بدن در حال حرکت با مایع تعامل پیدا میکنه، دو اثر زیر رخ میدن:
- مایع باید به سمت مایع در بدن متحرک، تغییر جهت داده بشه؛ این اثر کشش ساختاری (form drag) و بالابری (lift) رو ایجاد میکنه.
- مایع در حال رد شدن از رو ولی در تماس مستقیم با سطوح بدن، با سطوح تعامل برقرار میکنه تا یه نیرو به اسم کشش سطحی رو ایجاد کنه.
در این بخش، توضیح میدم که کشش ساختاری، کشش سطحی، و بالابری، چجوری حرکت بدن رو تحت تأثیر قرار میدن، و فاکتورهایی که هر نیرو رو تحت تأثیر قرار میدن رو توضیح میدم. در آخر، قانون برنولی و اثر مگنوس، موردهای خاص نیروی بالابری، که با شکل بدن و چرخش بدن ایجاد میشن رو توضیح میدم.
۱۱/۱ - شناوری
نیروی شناوری، نیروییه که یه بدن غوطه ور در یه مایع رو به بالا فشار میده. وقتی یه بدن در یه مایع غوطه ور میشه، بدن، مایع رو به پایین فشار میده و مایع، بدن رو به بالا. با اینکه مایع یه نیروی رو به بالا رو در هر نقطه تماس با بدن، وارد میکنه، نیروی شنوری حاصل میتونه در یه تک نقطه اعمالی، یا مرکز شناوری در نظر گرفته بشه.
ادامه مطلب ...۱۱/۰ - مکانیک مایعات
در این فصل
- در نظرگیری نیروی شناور
- نگاه به نیروی ایجاد شده بوسیله حرکت
یه مایع، ماده ای هست که جریان داره. هم آب (یه مایع) و هوا (یه گاز)، مایع هستن. مایعات در مکانیک مهمن چون مولکول های مایع، با یه بدن غوطه ور یا در حال حرکت در مایع، تعامل دارن. هم هوا و هم آب، شناوری، نیروهای بلند کردن و کشیدن، ایجاد میکنن و اینها نیروهای فشاردهنده روی یه بدن هستن. آبی که روی یه شنا گر جریان داره، روی شناگر فشار وارد میکنن. هوائی که روی یه توپ بیسبال پرتاب شده جریان داره، روی توپ فشار وارد میکنه. آبی که روی بازوهای یه ورزشکار، در کلاس اروبیک جریان داره، روی بازوها فشار وارد میکنه. هوای در جریان روی پرش کننده اسکی، پرش کننده فشار وارد میکنه.
نیروهای مایع معمولا در مقابل حرکت بدن، مقاومت میکنن.، اما دستکاری نیروهای بلند کردن، کشیدن، و شناوری، میتونه اجرا رو بهبود ببخشه. نیروهای مایع هم حرکت خطی و هم حرکت زاویه ای او تحت تاثیر قرار میدن، اما من مکانیک مایعات رو در این بخش کتاب پوشش میدم چون چندتا از جالبترین کاربردهای نیروی مایعات، دستکاری چرخش هاست. این چرخش ها شامل، چطوری یه انسان شناور در آب، تمایل داره که اول پاهاش فرو بره و چطوری توپ های در حال حرکت، قوس برمیدارن.
این فصل با توضیحی در مورد نیروی شناور، نیروی فشار دهنده هزار وقتی یه بدن در یه مایع غوطه وره، آغاز میشه. بعدش، نیروهای کشیدن و بلندکردن رو توضیح میدم که وقتی یه بدن درون یه مایع حرکت میکنه، ایجاد میشن. در آخر، دو مورد خاص نیروی مایعات رو که به اصل برنولی و اثر مگنوس معروفن رو شرح میدم.
۱۰/۴ - تغییر مومنتوم زاویه ای با ایمپالس زاویه ای
پیشتر، نشون دادم که فرمول T∑ مساوی Iα رو میشه به صورت زیر نوشت:
T∑ مساوی Iωf - Iωi تقسیم بر Δt
اگه هر دو طرف فرمول رو در Δt ضرب کنیم، فرمول میشه TΔt∑مساوی Iωf - Iωi. این فرمول رابطه ایمپالس-مومنتوم برای حرکت زاویه ای ه. سمت چپ فرمول، TΔt∑، ایمپالس زاویه ای نامیده میشه. ایمپالس زاویه ای، محصول تورک های نامتعادل خارجی ضرب در مدت زمان اعمال اوناست. واحد های ایمپالس زاویه ای، نیوتون.متر.ثانیه، یا N.m.s (واحد های نیرو ضرب در واحد های مومنت بازو-m، ضرب در واحد های زمانه). همونطور که ابتدای بخش گفتم، مومنتوم زاویه ای، محصول مومنت اینرسی یه بدن و سرعت زاویه ایشه. سمت راست فرمول، یا Iωf - Iωi (به صورت "مومنتوم زاویه ای نهایی منهای مومنتوم زاویه ای ابتدایی" بخونید)، یه تغییر در مومنتوم زاویه ای یه بدن رو توضیح میده. فرمول نشون میده که یه ایمپالس زاویه ای اعمال شده، میتونه مومنتوم زاویه ای یه بدن رو در بازه زمانی، کم یا زیاد کنه.
فرمول، مشابه رابطه مومنتوم-ایمپالس برای حرکت خطیه، که تو فصل ۶ توضیح داده شه. فرق بزرگش اینه که هم I و هم میتونن تغییر کنن، وقتی ایمپالس زاویه ای اعمال میشه، در حالی که تو حرکت خطی، جرم ثابت میمونه و فقط سرعت خطی تغییر میکنه.