عناصر مکانیک پیوسته و قوانین حفاظت. عناصر مکانیک پیوسته

طرح

1. عناصر مکانیک رسانه مداوم... حرکت ثابت یک مایع ایده آل معادله برنولی

2. تنش های الاستیک. قانون هوک.

چکیده

1. حجم گاز با حجم ظرفی که گاز اشغال می کند تعیین می شود. در مایعات ، بر خلاف گازها ، فاصله متوسط ​​بین مولکولها عملاً ثابت می ماند ، بنابراین حجم مایع تقریباً بدون تغییر است.در مکانیک ، با درجه دقت بالا ، مایعات و گازها به صورت پیوسته در نظر گرفته می شوند که به طور مداوم در قسمتی از فضای خود اشغال می شوند. چگالی مایع بستگی کمی به فشار دارد. چگالی گازها بستگی زیادی به فشار دارد. از تجربه شناخته شده است که از تراکم پذیری یک مایع و گاز در بسیاری از مشکلات می توان غافل شد و می توان از مفهوم یکپارچه یک مایع تراکم ناپذیر استفاده کرد ، که چگالی آن در همه جا یکسان است و با گذشت زمان تغییر نمی کند. مایع ایده آل - انتزاع فیزیکی ،یعنی یک سیال خیالی که در آن هیچ نیروی اصطکاک داخلی وجود ندارد. یک مایع ایده آل مایعی خیالی است که در آن هیچ نیروی اصطکاک داخلی وجود ندارد و یک مایع چسبناک با آن مغایرت دارد. کمیت فیزیکی، که توسط نیروی عادی از طرف مایع در واحد سطح تعیین می شود ، فشار نامیده می شود Rمایعات... واحد فشار پاسکال (Pa) است: 1 Pa برابر است با فشار ایجاد شده توسط نیروی 1 N ، به طور مساوی بر روی سطح معمولی آن با مساحت 1 متر مربع (1 Pa = 1 N / m 2) فشار در هر مکانی از سیال در حالت استراحت در همه جهات یکسان است و فشار به طور مساوی در کل حجم اشغال شده توسط سیال در حالت استراحت منتقل می شود.

فشار به طور خطی با ارتفاع تغییر می کند... فشار P = rghهیدرواستاتیک نامیده می شود. نیروی فشار بر لایه های زیرین مایع بیشتر از لایه های فوقانی است ؛ بنابراین ، یک نیروی شناور بر روی بدن غوطه ور در مایع ، تعیین می شود قانون ارشمیدس: نیروی شناوری رو به بالا روی جسمی غوطه ور در مایع (گاز) عمل می کند ، برابر با وزنمایع (گاز) جابجا شده توسط بدن ، جایی که r چگالی مایع است ، V- حجم بدن غوطه ور در مایع.

حرکت سیالات را جریان و به مجموعه ذرات سیال متحرک را جریان می گویند. از نظر گرافیکی ، حرکت سیالات با استفاده از خطوط خطی ، که به گونه ای کشیده شده اند که مماسهای آنها در جهت با بردار سرعت سیال در نقاط مربوطه در فضا منطبق شده است (شکل 45). با الگوی خطوط جریان می توان جهت و مدول سرعت را در نقاط مختلف فضا قضاوت کرد ، یعنی می توان وضعیت حرکت سیال را تعیین کرد. به قسمتی از سیال که توسط خطوط جریان محدود شده است لوله جریان گفته می شود. اگر شکل و موقعیت خطوط جریان ، و همچنین مقادیر سرعتها در هر نقطه از آن ، در طول زمان تغییر نکند ، جریان سیال حالت پایدار (یا ثابت) نامیده می شود.

یک لوله فعلی را در نظر بگیرید. بیایید دو بخش از آن را انتخاب کنیم س 1 و س 2 , عمود بر جهت سرعت (شکل 46). اگر سیال تراکم ناپذیر است (r = const) ، سپس از طریق بخش س 2 در 1 ثانیه همان حجم مایع را از طریق بخش عبور می دهد س 1 ، یعنی حاصلضرب سرعت جریان سیال تراکم ناپذیر و سطح مقطع لوله جریان یک مقدار ثابت برای یک لوله جریان معین است. این نسبت معادله پیوستگی برای سیال تراکم ناپذیر نامیده می شود. - معادله برنولی - بیان قانون حفاظت از انرژی که در جریان ثابت یک سیال ایده آل اعمال می شود (اینجا p -فشار استاتیک (فشار مایع روی سطح بدن در اطراف آن) ، مقدار - فشار دینامیکی ، - فشار هیدرواستاتیک). برای یک لوله جریان افقی ، معادله برنولی به صورت زیر نوشته شده است ، جایی که سمت چپ فشار کل نامیده می شود. فرمول Toricelli نوشته شده است:

گرانروی خاصیت سیالات واقعی برای مقاومت در برابر حرکت بخشی از سیال نسبت به قسمت دیگر است. هنگامی که برخی از لایه های یک مایع واقعی نسبت به لایه های دیگر حرکت می کنند ، نیروهای اصطکاک داخلی بوجود می آیند که به صورت مماسی به سطح لایه ها هدایت می شوند. نیروی اصطکاک داخلی F هر چه بیشتر باشد ، مساحت سطح در نظر گرفته شده بیشتر است ، و بستگی به این دارد که سرعت جریان سیال هنگام عبور از لایه به لایه چقدر سریع تغییر می کند.مقدار Dv / Dx نشان می دهد که سرعت در گذر از لایه به لایه در جهت چقدر سریع تغییر می کند NS ،عمود بر جهت حرکت لایه ها ، و گرادیان سرعت نامیده می شود. بدین ترتیب، مدول نیروی اصطکاک داخلیبرابر است ، جایی که ضریب تناسب h , بسته به ماهیت مایع نامیده می شود گرانروی پویا(یا فقط گرانروی). واحد گرانروی- پاسکال دوم (Pa s) (1 Pa s = 1 N s / m 2). هرچه ویسکوزیته بیشتر باشد ، مایع بیشتر از حالت ایده آل متفاوت است ، نیروهای اصطکاک داخلی در آن بیشتر می شود. ویسکوزیته بستگی به دما دارد و ماهیت این وابستگی به مایعات و گازها متفاوت است (برای مایعات با افزایش دما کاهش می یابد ، برای گازها ، برعکس ، افزایش می یابد) ، که تفاوت مکانیسم های اصطکاک داخلی در آنها را نشان می دهد. به ویسکوزیته روغنها بستگی زیادی به دما دارد. روشهای تعیین گرانروی:

1) فرمول استوکس ؛ 2) فرمول پوازویل

2- تغییر شکل در صورتی الاستیک نامیده می شود که بدن پس از توقف عمل نیروهای خارجی ، اندازه و شکل اولیه خود را به خود بگیرد. تغییر شکل هایی که پس از توقف نیروهای خارجی در بدن باقی می مانند ، پلاستیک نامیده می شوند. نیروی بر واحد سطح مقطع تنش نامیده می شود و با پاسکال اندازه گیری می شود. یک معیار کمی که میزان تغییر شکل بدن را مشخص می کند تغییر شکل نسبی آن است. تغییر نسبی طول میله (تغییر شکل طولی) ، کشش عرضی نسبی (فشرده سازی) ، جایی که د -قطر میله تغییر شکل e و e " همیشه دارای علائم مختلفی هستند ، که در آن m یک عامل مثبت بسته به خواص مواد است که نسبت پوآسون نامیده می شود.

رابرت هوک به طور تجربی ثابت کرد که برای تغییر شکل های کوچک ، طول e و تنش s مستقیماً متناسب با یکدیگر هستند: جایی که ضریب تناسب ه- مدول یانگ.

مدول یانگ با تنش ایجاد کننده طول مشخص می شود ، برابر با یک... سپس قانون هوکمی توان اینگونه نوشت ، جایی که ک- ضریب کشش: افزایش طول میله تحت تغییر شکل الاستیک متناسب با نیروی وارد بر میله است. انرژی بالقوه یک میله کشیده (فشرده) تغییر شکل ها مواد جامداز قانون هوک فقط برای تغییر شکل های کشسان پیروی کنید. رابطه بین فشار و استرس به صورت زیر نشان داده شده است نمودارهای تنش(شکل 35). از شکل می توان دریافت که وابستگی خطی (e) ، که توسط هوک ایجاد شده است ، تنها در محدوده های بسیار باریک تا حد به اصطلاح حد تناسب (s p) انجام می شود. با افزایش بیشتر تنش ، تغییر شکل همچنان الاستیک است (اگرچه وابستگی s (e) دیگر خطی نیست) و هیچ تغییر شکل باقی مانده تا حد کشش (s y) ایجاد نمی شود. تغییر شکل های باقیمانده در بدن فراتر از حد الاستیک رخ می دهد و نمودار بازگشت بدن به حالت اولیه پس از توقف عملكرد نیرو به صورت منحنی نمایش داده نمی شود. در ، وبه موازات آن - CF.تنشی که در آن تغییر شکل دائمی قابل توجه ظاهر می شود (2 = 0.2)) نقطه تسلیم (s t) - نقطه نامیده می شود. باروی منحنی در محدوده ی سی دیتغییر شکل بدون افزایش استرس افزایش می یابد ، یعنی بدن همانطور که گفته شد "جریان" می یابد. این ناحیه را منطقه تسلیم (یا ناحیه تغییر شکل پلاستیک) می نامند. موادی که منطقه عملکرد آنها قابل توجه است ویسکوز نامیده می شوند ، که عملا وجود ندارد - شکننده. با کشش بیشتر (در هر نقطه د)بدن از بین می رود حداکثر تنشی که قبل از شکستگی در بدن ایجاد می شود ، قدرت نهایی (s p) است.

تحت تأثیر نیروهای اعمال شده ، اجسام شکل و حجم خود را تغییر می دهند ، یعنی تغییر شکل می دهند.

برای مواد جامد ، تغییر شکل ها مشخص می شود: الاستیک و پلاستیک.

تغییر شکل های الاستیک را تغییر شکل هایی می نامند که پس از توقف عمل نیروها از بین می روند و اجسام شکل و حجم خود را باز می گردانند.

تغییر شکل های پلاستیکی تغییر شکل هایی نامیده می شوند که پس از توقف فعالیت نیروها ادامه می یابند و اجسام شکل و حجم اولیه خود را بازیابی نمی کنند.

تغییر شکل پلاستیک در هنگام کار سرد فلزات رخ می دهد: مهر زنی ، آهنگری و غیره.

تغییر شکل الاستیک یا پلاستیک نه تنها به خواص مواد بدن بستگی دارد ، بلکه به میزان نیروهای اعمال شده نیز بستگی دارد.

به اجسامی که تحت تأثیر هر نیرویی فقط تغییر شکل الاستیک را تجربه می کنند گفته می شود کاملا الاستیک

برای چنین اجسامی ، رابطه ای بدون ابهام بین نیروهای عمل کننده و تغییر شکل های الاستیک ایجاد شده وجود دارد.

ما خود را به تغییر شکل های کشسان محدود می کنیم که از قانون اطاعت می کنند هوک.

همه جامدات را می توان به ایزوتروپ و ناهمسانگرد تقسیم کرد.

اجسام ایزوتروپیک اجسام نامیده می شوند که خواص فیزیکی آنها در همه جهات یکسان است.

اجسام ناهمسانگرد را اجسامی می نامند که خواص فیزیکی آنها در جهات مختلف متفاوت است.

تعاریف فوق نسبی است ، زیرا اجسام واقعی می توانند نسبت به برخی از ویژگی ها به صورت ایزوتروپیک و نسبت به برخی دیگر به صورت ناهمسانگرد رفتار کنند.

به عنوان مثال ، کریستالهای یک سیستم مکعبی در صورت انتشار نور در آنها به صورت ایزوتروپ رفتار می کنند ، اما اگر خواص کشسانی آنها را در نظر بگیریم ، ناهمسانگرد هستند.

در ادامه ، ما خود را محدود به مطالعه اجسام همسانگرد می کنیم.

گسترده ترین در طبیعت فلزات با ساختار چند بلوری هستند.

این فلزات از بسیاری از کریستالهای ریز تصادفی تشکیل شده اند.

در نتیجه تغییر شکل پلاستیک ، می توان تصادفی بودن جهت گیری بلور را نقض کرد.

پس از توقف عملكرد نیروها ، ماده ناهمسانگرد خواهد بود كه به عنوان مثال هنگام كشیده شدن سیم و پیچ خوردن مشاهده می شود.

نیرو در واحد سطح سطحی که بر روی آن عمل می کنند ، تنش مکانیکی نامیده می شود n .

اگر تنش از حد الاستیک تجاوز نکند ، تغییر شکل کشسان خواهد بود.

تنشهای محدود کننده وارد شده به بدن ، پس از عمل ، که هنوز خواص ارتجاعی خود را حفظ کرده است ، محدودیت الاستیک نامیده می شود.

تنش های فشاری ، کششی ، خمشی ، پیچشی و غیره را تشخیص دهید.

اگر تحت تأثیر نیروهای وارد شده به بدن (میله) ، کشیده شود ، تنش های حاصله نامیده می شوند تنش

اگر میله فشرده شده باشد ، تنشهای حاصله نامیده می شوند فشار:

. (7.2)

از این رو ،

T =  P. (7.3)

اگر طول یک نوار بدون شکل است ، پس از اعمال نیرو طول آن افزایش می یابد
.

سپس طول میله

. (7.4)

نگرش
به ، طول نسبی نامیده می شود ، یعنی

. (7.5)

هوک بر اساس آزمایشات قانونی وضع کرد: در محدوده کشش ، تنش (فشار) متناسب با افزایش نسبی (فشرده سازی) است ، به عنوان مثال

(7.6)

, (7.7)

جایی که E مدول یانگ است.

روابط (7.6) و (7.7) برای هر جسم سفت و سخت معتبر است ، اما تا حد معینی.

در شکل 7.1 نمودار وابستگی طول کشیدن به مقدار نیروی اعمال شده را نشان می دهد.

تا نقطه A (حد الاستیک) پس از توقف عمل نیرو ، طول میله به حالت اولیه (ناحیه تغییر شکل الاستیک) باز می گردد.

خارج از کشش ، تغییر شکل تا حدی یا کاملاً برگشت ناپذیر می شود (تغییر شکل پلاستیک). برای اکثر مواد جامد ، خطی تقریباً تا حد الاستیک حفظ می شود. اگر بدن به کشش ادامه دهد ، آنگاه فرو می ریزد.

به حداکثر نیرویی که باید بدون تخریب بدن وارد شود گفته می شود قدرت نهایی(نقطه B ، شکل 7.1).

یک رسانه مداوم دلخواه را در نظر بگیرید. اجازه دهید آن را به قسمتهای 1 و 2 در امتداد سطح A - a - B - b تقسیم کنید (شکل 7.2).

اگر بدن تغییر شکل داده باشد ، قطعات آن در امتداد سطح مشترکی که در امتداد آن قرار گرفته اند با یکدیگر تعامل دارند.

برای تعیین تنش های بوجود آمده ، علاوه بر نیروهای وارد بر بخش A - a - B - b ، باید بدانید که چگونه این نیروها در سطح مقطع توزیع شده اند.

اجازه دهید dF نشان دهنده نیرویی باشد که بدن 2 با آن بر بدن 1 در یک منطقه بی نهایت کوچک dS عمل می کند. سپس تنش در نقطه مربوطه در مرز بخش بدن 1

, (7.8)

جایی که آیا واحد بردار عادی سایت dS است.

استرس  - n در همان نقطه در مرز بخش بدن 2 ، در اندازه یکسان ، در جهت مخالف ، یعنی

. (7.9)

برای تعیین تنش مکانیکی در محیط ، در یک ناحیه جهت مخالف ، در هر نقطه ، کافی است که تنش ها را بر روی سه ناحیه عمود بر هم تنظیم کنیم: S x ، S y ، S - از این نقطه عبور می کنند ، به عنوان مثال ، نقطه 0 (شکل 7.3).

این موقعیت برای محیطی در حالت استراحت یا حرکت با شتاب دلخواه معتبر است.

در این مورد

, (7.10)

جایی که
(8.11)

S - ناحیه صورت ABC ؛ n نرمال بیرونی آن است.

در نتیجه ، تنش در هر نقطه از بدن تغییر شکل یافته با سه بردار مشخص می شود
یا نه پیش بینی آنها در محورهای مختصات X ، Y ، Z:

(7.12)

که تماس می گیرند کشش تنش های کششی

خواص کلی مایعات و گازها. معادله تعادل و حرکت سیال. هیدرواستاتیک مایع تراکم ناپذیر. حرکت ثابت یک مایع ایده آل معادله برنولی بدنه ای کاملاً کشسان. تنش ها و تغییر شکل های الاستیک. قانون هوک. مدول یانگ.

مکانیک نسبی.

اصل نسبیت و تحول گالیله توجیه تجربی نظریه خاصنسبیت (SRT) مفروضات نظریه نسبیت خاص اینشتین. تحولات لورنتز مفهوم همزمانی. نسبیت طول و فواصل زمانی. قانون نسبیتی افزودن سرعتها انگیزه نسبی. معادله حرکت یک ذره نسبی گرایی بیان نسبی انرژی جنبشی رابطه جرم و انرژی. نسبت بین کل انرژی و حرکت یک ذره. محدودیت های کاربرد مکانیک های کلاسیک (نیوتنی)

اصول اولیه فیزیک مولکولیو ترمودینامیک

سیستم های ترمودینامیکی - گاز ایده آل.

قوانین پویا و آماری در فیزیک روشهای آماری و ترمودینامیکی برای مطالعه پدیده های ماکروسکوپی.

حرکت حرارتی مولکولها تعامل بین مولکولها گاز کامل. وضعیت سیستم پارامترهای ترمودینامیکی حالت حالتها و فرآیندهای تعادلی ، نمایش آنها بر روی نمودارهای ترمودینامیکی معادله حالت ایده آل حالت

مبانی نظریه جنبشی مولکولی

معادله اساسی نظریه مولکولی-جنبشی گازهای ایده آل و مقایسه آن با معادله کلاپیرون-مندلیف. میانگین انرژی جنبشی مولکولها تفسیر جنبشی مولکولی دمای ترمودینامیکی تعداد درجات آزادی مولکول. قانون توزیع یکنواخت انرژی بر درجات آزادی مولکولها. انرژی داخلی و ظرفیت حرارتی یک گاز ایده آل.

قانون ماکسول برای توزیع مولکولها بر حسب سرعت و انرژی حرکت حرارتی. گاز ایده آل در میدان نیرو توزیع بولتزمن مولکولها در یک میدان نیرو فرمول فشارسنجی

قطر مولکولی موثر تعداد برخوردها و میانگین مسیر آزاد مولکولها. انتقال پدیده ها

مبانی ترمودینامیک.

گاز وقتی تغییر می کند که حجم آن تغییر کند. مقدار گرما. اولین قانون ترمودینامیک کاربرد اولین قانون ترمودینامیک در فرآیندهای ایزو و فرآیند آدیاباتیک گاز ایده آل وابستگی ظرفیت حرارتی یک گاز ایده آل به نوع فرآیند. قانون دوم ترمودینامیک موتور گرمایی. فرآیندهای دایره ای چرخه کارنو ، کارایی چرخه کارنو.

3 .الکترواستاتیک

میدان الکتریکی در خلاء

قانون حفظ بار الکتریکی میدان الکتریکی. ویژگی های اصلی میدان الکتریکی: قدرت و پتانسیل. تنش به عنوان شیب پتانسیل محاسبه میدان های الکترواستاتیک با روش برهم نهی جریان بردار تنش قضیه استروگرادسکی-گاوس برای میدان الکترواستاتیک در خلاء. کاربرد قضیه استروگرادسکی-گاوس در محاسبه میدان.

میدان الکتریکی در دی الکتریک

هزینه های رایگان و مقید. انواع دی الکتریک. قطبش الکترونیکی و جهت گیری قطبی شدن حساسیت دی الکتریک یک ماده. جابجایی الکتریکی ثابت دی الکتریک محیط. محاسبه قدرت میدان در یک دی الکتریک همگن

هادی ها در میدان الکتریکی

میدان داخل هادی و در سطح آن. توزیع بارها در یک هادی. ظرفیت الکتریکی یک هادی انفرادی. ظرفیت متقابل دو هادی خازن ها انرژی هادی باردار ، خازن و سیستم هادی. انرژی میدان الکترواستاتیک. چگالی انرژی فله

جریان الکتریکی ثابت

قدرت فعلی چگالی جریان شرایط وجود یک جریان. نیروهای خارجی نیروی الکتروموتور منبع فعلی قانون اهم برای بخش ناهمگن یک مدار الکتریکی. Kirchhoff قوانین را رعایت می کند. کار و قدرت جریان الکتریسیته... قانون ژول-لنز نظریه کلاسیک هدایت الکتریکی فلزات. مشکلات نظریه کلاسیک

الکترومغناطیس

میدان مغناطیسی در خلاء

برهم کنش مغناطیسی جریانهای مستقیم یک میدان مغناطیسی بردار القای مغناطیسی. قانون آمپر میدان مغناطیسی جریان قانون بیو ساوارت-لاپلاس و کاربرد آن در محاسبه میدان مغناطیسیهادی مستقیم با جریان میدان مغناطیسی جریان دایره ای. قانون جریان کلی (گردش بردار القایی مغناطیسی) برای یک میدان مغناطیسی در خلاء و کاربرد آن در محاسبه میدان مغناطیسی یک توروئید و یک شیر برقی بلند. شار مغناطیسی قضیه استروگرادسکی-گاوس برای میدان مغناطیسی ماهیت گردابی میدان مغناطیسی تأثیر میدان مغناطیسی بر بار متحرک. نیروی لورنتز حرکت ذرات باردار در میدان مغناطیسی چرخش مدار با جریان در میدان مغناطیسی. کار حرکت هادی و مدار با جریان در میدان مغناطیسی است.

القای الکترومغناطیسی

پدیده القای الکترومغناطیسی(آزمایشات فارادی). قانون لنز قانون القای الکترومغناطیسی و مشتق آن از قانون حفظ انرژی. پدیده خود القایی القاء جریانهای هنگام بسته شدن و باز شدن یک مدار الکتریکی حاوی سلف. انرژی سیم پیچ با جریان. چگالی انرژی حجمی میدان مغناطیسی.

میدان مغناطیسی در ماده

گشتاور مغناطیسی اتمها انواع آهن ربا. مغناطیس سازی جریانهای خرد و کلان نظریه ابتداییدیا و پارامغناطیس کل قانون فعلی میدان مغناطیسی در یک ماده. قدرت میدان مغناطیسی نفوذپذیری مغناطیسی محیط. آهنرباهای مغناطیسی پسماند مغناطیسی. نقطه کوری چرخش ماهیت فرومغناطیس

معادلات ماکسول

تفسیرهای فارادی و ماکسول از پدیده القای الکترومغناطیسی. جریان تعصب سیستم معادلات ماکسول به شکل انتگرال.

حرکت نوسانی

مفهوم فرایندهای نوسانی. رویکرد یکپارچه به ارتعاشات طبیعت مختلف فیزیکی

دامنه ، فرکانس ، مرحله نوسانات هارمونیک. افزودن ارتعاشات هارمونیک. نمودارهای بردار.

آونگ ، وزن فنر ، مدار نوسانی. نوسانات میرایی رایگان معادله دیفرانسیلنوسانات میرایی ضریب میرایی ، کاهش لگاریتمی ، ضریب کیفیت.

نوسانات اجباری با عمل سینوسی. دامنه و فاز نوسانات اجباری منحنی های طنین ارتعاشات اجباری در مدارهای الکتریکی

امواج

مکانیسم تشکیل موج در یک محیط الاستیک امواج طولی و عرضی. موج سینوسی هواپیما امواج دویدن و ایستادن. سرعت فاز ، طول موج ، تعداد موج. معادله موج یک بعدی. سرعت و پراکندگی امواج گروهی نسبتهای انرژی بردار اموف. امواج الکترومغناطیسی هواپیما. قطبی شدن امواج. نسبتهای انرژی بردار دلپذیر. تابش دو قطبی الگوی جهت دار

8 . نوری موج

تداخل نور.

انسجام و تک رنگ بودن امواج نور. محاسبه الگوی تداخل از دو منبع منسجم تجربه یونگ. تداخل نور در فیلم های نازک تداخل سنج ها

پراش نور

اصل Huygens-Fresnel. روش منطقه فرنل. انتشار نور مستقیم پراش فرنل در یک سوراخ گرد. پراش Fraunhofer در یک شکاف گریتینگ پراش به عنوان یک دستگاه طیفی مفهوم روش هولوگرافی برای بدست آوردن و بازیابی تصویر

قطبش نور

نور طبیعی و قطبی. قطبش بازتاب قانون بروستر. تجزیه و تحلیل نور قطبی قطبی قانون مالوس. شکست دوگانه ناهمسانگردی نوری مصنوعی. جلوه های الکترو نوری و مغناطیس نوری.

پراکندگی نور.

مناطق پراکندگی عادی و غیرعادی. نظریه الکترونیکی پراکندگی نور

طبیعت کوانتومیتابش - تشعشع

تابش گرما.

ویژگی های تابش حرارتی ظرفیت جذب. بدن مشکی. قانون Kirchhoff برای تابش حرارتی قانون استفان بولتزمن توزیع انرژی در طیف جسم سیاه قانون جابجایی وین فرضیه کوانتومی و فرمول پلانک

ماهیت کوانتومی نور.

اثر فوتوالکتریک خارجی و قوانین آن معادله اینشتین برای اثر فوتوالکتریک خارجی فوتون ها جرم و حرکت فوتون فشار سبک. آزمایشات لبدف. توضیح کوانتومی و موجی فشار نور دوگانگی نور موجی جمجمه ای

اتمام پرواز فضایی به عنوان فرود روی کره زمین در نظر گرفته می شود. تا به امروز ، تنها سه کشور نحوه بازگشت فضاپیماها به زمین را فرا گرفته اند: روسیه ، ایالات متحده و چین.

برای سیارات دارای جو (شکل 3.19) ، مشکل فرود عمدتا به حل سه مشکل کاهش می یابد: غلبه بر سطح بالااضافه بار ؛ حفاظت در برابر گرمایش آیرودینامیکی ؛ کنترل زمان رسیدن به کره زمین و مختصات نقطه فرود.

برنج. 3.19 طرح فرود فضاپیماها از مدار و فرود در سیاره ای با جو:

N- روشن کردن موتور ترمز ؛ آ- فرود سفینه فضایی از مدار ؛ م- جداسازی فضاپیما از فضاپیمای در حال گردش ؛ V- ورود SA به لایه های متراکم جو ؛ با -آغاز کار سیستم فرود چتر نجات ؛ د- فرود روی سطح سیاره ؛

1 - فرود بالستیک ؛ 2 - فرود سرسره ای

هنگام فرود بر روی یک سیاره بدون جو (شکل 3.20 ، آ, ب) مشکل حفاظت در برابر گرمایش آیرودینامیکی برطرف شده است.

فضاپیما در مدار ماهواره های مصنوعیسیارات یا آنهایی که به سیاره ای نزدیک می شوند که اتمسفر روی آن فرود بیاید ، دارای مقدار زیادی انرژی جنبشی است که با سرعت و جرم سفینه و انرژی بالقوه به دلیل موقعیت فضاپیما نسبت به سطح سیاره مرتبط است.

برنج. 3.20 فرود و فرود فضاپیماها در سیاره ای بدون اتمسفر:

آ- فرود به سیاره با خروج اولیه از مدار انتظار ؛

ب- فرود نرم سفینه با موتور ترمز و دنده فرود ؛

I - مسیر هذلولی نزدیک شدن به سیاره ؛ II - مسیر مداری ؛

III - مسیر نزول از مدار ؛ 1 ، 2 ، 3 - مناطق فعال پرواز هنگام ترمزگیری و فرود نرم

هنگام ورود به لایه های متراکم جو ، یک موج ضربه ای در مقابل کمان فضاپیما ایجاد می شود و گاز را تا دمای بالا گرم می کند. با فرو رفتن در جو ، SA کاهش می یابد ، سرعت آن کاهش می یابد و گاز داغ SA را بیشتر و بیشتر گرم می کند. انرژی جنبشی دستگاه به گرما تبدیل می شود. در این حالت ، بیشتر انرژی به دو طریق به فضای اطراف منتقل می شود: بیشتر گرما به دلیل عمل امواج ضربه ای قوی و در اثر تابش حرارتی از سطح گرم شده SA ، به جو اطراف منتقل می شود.

قوی ترین امواج ضربه ای با شکل بینی خشن ایجاد می شود ، به همین دلیل است که از شکل های نازک برای SA استفاده می شود و نه از نوک تیز معمولی برای پرواز در سرعت های پایین.

با افزایش سرعت و درجه حرارت ، بیشتر گرما نه به دلیل اصطکاک در برابر لایه های فشرده اتمسفر ، بلکه به دلیل تابش و همرفت از موج ضربه ای به خودرو منتقل می شود.

روشهای زیر برای حذف گرما از سطح CA استفاده می شود:

- جذب گرما توسط لایه محافظ حرارت ؛

- خنک کننده تابشی سطح ؛

- استفاده از روکش های حمل و نقل

قبل از ورود به لایه های متراکم جو ، مسیر فضاپیما از قوانین مکانیک آسمانی تبعیت می کند. در جو ، علاوه بر نیروهای گرانشی ، آیرودینامیک و نیروهای گریز از مرکزکه شکل مسیر حرکت آن را تغییر می دهد. نیروی گرانش به مرکز سیاره هدایت می شود ، نیروی مقاومت آیرودینامیکی در جهت مخالف بردار سرعت است ، نیروهای گریز از مرکز و بالابر عمود بر جهت حرکت SA هستند. نیروی کشش آیرودینامیکی سرعت وسیله نقلیه را کاهش می دهد ، در حالی که نیروهای گریز از مرکز و بالابر شتاب را در جهت عمود بر حرکت به آن منتقل می کنند.

ماهیت مسیر نزول در جو عمدتا توسط ویژگی های آیرودینامیکی آن تعیین می شود. در صورت عدم وجود نیروی برافراشته از SA ، مسیر حرکت آن در اتمسفر بالستیک نامیده می شود (مسیر نزول SA سفینه های فضاییسری "Vostok" و "Voskhod") ، و در حضور آسانسور - یا سر خوردن (CA SSC سایوز و آپولو ، و همچنین شاتل فضایی) ، یا ریکروش (CA SSC سایوز و آپولو). حرکت در مدار سیاره ای الزامات زیادی را در مورد دقت هدایت هنگام ورود به جو ایجاد نمی کند ، زیرا اصلاح مسیر با روشن کردن سیستم محرکه برای ترمزگیری یا شتاب گیری نسبتاً آسان است. هنگام ورود به اتمسفر با سرعتی بیش از اولین سرعت کیهانی ، اشتباهات در محاسبات بسیار خطرناک هستند ، زیرا فرود بسیار تند می تواند منجر به نابودی فضاپیما و بسیار کم عمق - تا فاصله از سیاره شود.

در فرود بالستیکبردار حاصل از نیروهای آیرودینامیکی مستقیماً برعکس بردار سرعت وسیله نقلیه است. فرود در یک مسیر بالستیک نیازی به کنترل ندارد. نقطه ضعف این روش ، شیب زیاد مسیر است و در نتیجه ، ورود دستگاه به لایه های متراکم جو در سرعت بالا، که منجر به گرمایش شدید آیرودینامیکی دستگاه و اضافه بار می شود ، گاهی اوقات بیش از 10 گرم - نزدیک به حداکثر مقادیر مجاز برای یک فرد.

در فرود آیرودینامیکیبدنه خارجی وسیله نقلیه به طور معمول یک شکل مخروطی دارد و محور مخروط با بردار سرعت وسیله نقلیه زاویه خاصی (زاویه حمله) ایجاد می کند ، به همین دلیل نتیجه نیروهای آیرودینامیکی یک جزء دارد عمود بر بردار سرعت وسیله نقلیه - نیروی بالابر. با توجه به نیروی بالابر ، خودرو با سرعت کمتری فرود می آید ، مسیر فرود آن صاف تر می شود ، در حالی که قسمت ترمز هم در طول و هم در زمان کشیده شده است و حداکثر بارهای اضافی و شدت گرمایش آیرودینامیکی را می توان چندین بار در مقایسه کاهش داد. با ترمز بالستیک ، که باعث می شود فرود برای افراد ایمن تر و راحت تر باشد.

زاویه حمله در هنگام فرود بسته به سرعت پرواز و چگالی هوای فعلی تغییر می کند. در لایه های فوقانی و نادر اتمسفر ، می تواند به 40 درجه برسد ، که با فرود دستگاه به تدریج کاهش می یابد. این امر مستلزم وجود یک سیستم کنترل پرواز بر روی SA است که دستگاه را پیچیده و سنگین می کند ، و در مواردی که فقط برای پرتاب تجهیزاتی که قادر به تحمل بارهای بیشتر از یک نفر هستند ، از ترمزهای بالستیک استفاده می شود.

مرحله مداری شاتل فضایی ، که هنگام بازگشت به زمین ، عملکرد وسیله نقلیه فرود را انجام می دهد ، تمام قسمت فرود را از ورود به جو تا لمس دنده فرود نوار فرود برنامه ریزی می کند ، پس از آن چتر نجات ترمز به کار گرفته می شود.

پس از کاهش سرعت خودرو در حالت ترمز آیرودینامیکی به حالت صوتی ، سپس می توان با کمک چتر نجات فرود SA را انجام داد. چتر نجات داخل فضای متراکمسرعت دستگاه را تقریباً به صفر می رساند و از فرود نرم آن بر روی سطح سیاره اطمینان حاصل می کند.

در فضای کمیاب مریخ ، چتر نجات کمتر مثر است ، بنابراین ، در آخرین مرحله فرود ، چتر نجات نمی یابد و موتورهای موشک فرود فرود می آیند.

فضاپیمای سرنشین دار سری Soyuz TMA-01M که برای فرود روی زمین طراحی شده است ، دارای موتورهای ترمز سوخت جامد است که چند ثانیه قبل از برخورد با زمین روشن می شوند تا فرود ایمن تر و راحت تری را تضمین کنند.

خودروی فرود ایستگاه Venera-13 ، پس از فرود با چتر نجات به ارتفاع 47 کیلومتری ، آن را رها کرده و ترمزهای آیرودینامیکی خود را از سر گرفت. چنین برنامه نزولی به دلیل ویژگی های جو ناهید ، که لایه های پایینی آن بسیار متراکم و گرم (تا 500 درجه سانتی گراد) است ، دیکته شد و چترهای پارچه ای پارچه ای چنین شرایطی را تحمل نمی کنند.

لازم به ذکر است که در برخی پروژه های فضاپیماهای قابل استفاده مجدد (به ویژه برخاستن و فرود عمودی تک مرحله ای ، به عنوان مثال ، Delta Clipper) ، پس از ترمز آیرودینامیکی در جو ، در آخرین مرحله فرود فرض می شود ، همچنین یک موتور بدون چتر نجات را بر روی موتورهای موشک فرود می آورد. بسته به ماهیت بار و شرایط فیزیکی روی سطح سیاره ای که فرود روی آن انجام می شود ، طراحی وسایل نقلیه فرود می تواند تفاوت چشمگیری با یکدیگر داشته باشد.

هنگام فرود بر روی یک سیاره بدون اتمسفر ، مشکل گرمایش آیرودینامیکی برطرف می شود ، اما برای فرود ، سرعت با استفاده از یک پیشرانه ترمز ، که باید در حالت رانش برنامه ریزی شده عمل کند ، کاهش می یابد و جرم سوخت می تواند به طور قابل توجهی بیشتر از جرم خود فضاپیما

عناصر مکانیک رسانه های مداوم

یک رسانه به صورت پیوسته در نظر گرفته می شود که توزیع یکنواخت ماده مشخصه آن است - به عنوان مثال. متوسط ​​با چگالی یکسان اینها مایعات و گازها هستند.

بنابراین ، در این بخش ، ما قوانین اساسی را که در این محیط ها اعمال می شود ، بررسی می کنیم.