Основные понятия кинематики и некоторые

Сведения из теории относительности

Кинематика — часть теоретической механики, в которой изучаются движения материальных тел без учета их масс и действующих на них сил.

Когда в механике говорят о движении тела, то подразумевают под этим изменение с течением времени его положения в пространстве по отношению к другим телам. Обычно с телом, по отношению к которому изучают движение, связывают какую-нибудь систему координат, которую вместе с выбранным способом измерения времени называют системой отсчета. Если координаты всех точек тела в выбранной системе отсчета остаются все время неизменными, то тело находится в покое. Если рассматривается движение тела по отношению к условно неподвижной системе отсчета, то движение называют абсолютным; движение тела по отношению к подвижной системе отсчета называют относительны м. В мире все находится в непрерывном движении, поэтому все движения являются относительными, однако условно можно представить себе и абсолютное движение, например движение по отношению к Земле.

Итак, движение тел совершается в пространстве с течением времени. Пространство и время, как и движение, согласно учению диалектического материализма, суть формы существования материи.

Классическая механика полагает, что пространство и время имеют абсолютный, независимый друг от друга характер и что их свойства не зависят от распределения и движения материи.

К началу XX в. значительно расширились познания людей о свойствах материи, в результате чего возникли новые представления о формах существования материи, а в 1905—1916 гг. Альбертом Эйнштейном (1879—1955) была создана теория относительности.

Теория относительности — это современная физическая теория пространства и времени; с ней тесно связаны такие понятия, как движение, масса, энергия и др. В основу теории относительности положен принцип постоянства скорости света, согласно которому скорость света в вакууме постоянна и не зависит от скорости источника света. Теория относительности, к настоящему времени подтвержденная громадным количеством опытных фактов и применяющаяся на практике, устанавливает, что пространство и время связаны между собой в единую пространственно-временную форму существования материи, имеющую абсолютный характер, не зависящую от системы отсчета; пространство и время в отдельности являются понятиями относительными, зависящими от системы отсчета, например от скорости ее движения.

Таким образом, в теории относительности понятия длины тела и промежутка времени являются понятиями относительными, зависящими от скорости движения тела. Эти зависимости выражаются формулами

где с — скорость света в вакууме (300000 км/с); v — скорость движения тела; l₀— продольный размер покоящегося тела; t₀ — промежуток времени в покое; l — продольный размер движущегося тела; t — промежуток времени при движении по земным часам.

Итак, у движущегося тела продольные размеры сокращаются, а промежутки времени между двумя событиями удлиняются, т. е. происходит замедление времени.

Из теории относительности следует, что на Земле и на космической ракете время течет по-разному, т. е. ход любых часов и протекание любых биологических процессов на ракете происходит медленнее, чем на Земле.

В 1958 г. немецкий физик Мёссбауэр открыл способ изготовления «ядерных часов», отмеряющих время с погрешностью 10^-12 с. В 1964 г. профессор А. Тулинов (МГУ) открыл новое физическое явление, названное «эффект теней». Если до этого открытия экспериментаторы умели измерять время с погрешностью от 10^-12 до 10^-13 с, то с помощью эффекта теней можно измерять время с погрешностью до 10^-18 с. Опыты показали, что при быстром движении ход ядерных часов несколько замедляется.

Несмотря на возникновение теории относительности, классическая механика не потеряла своего значения, так как при скоростях движения, далеких от скорости света, результаты, даваемые классической механикой, очень мало отличаются от результатов механики теории относительности и вполне пригодны для практики. Классическая механика является частным (предельным) случаем механики теории относительности.

Некоторые определения теории

Механизмов и машин

При дальнейшем изучении предмета теоретической механики, в особенности при решении задач, мы столкнемся с новыми понятиями, относящимися к науке, которая называется теорией механизмов и машин.

Теория механизмов и машин занимается приложением законов теоретической механики к механизмам и машинам.

Теория механизмов и машин как наука возникла сравнительно недавно, в XVIII в. Этот и последующий век ознаменовались многими замечательными изобретениями, как, например, паровая машина, паровоз, двигатель внутреннего сгорания, самолет. Широкое применение механизмов и машин в практической деятельности людей привело к необходимости создания новой науки. Основоположником русской школы теории механизмов и машин был П. Л. Чебышев (1821—1894).

Ознакомимся с основными определениями теории механизмов и машин.

Механизмом называется совокупность связанных между собой тел, имеющих определенные движения. Механизмы служат для передачи или преобразования движения.

Машина есть механизм или сочетание механизмов, осуществляющих определенные целесообразные движения для преобразования энергии (энергетические машины), изменения формы, свойств, состояния и положения предмета труда (рабочие машины) или для сбора, переработки и использования информации (информационные машины).

Таким образом, всякая машина состоит из одного или нескольких механизмов, но не всякий механизм является машиной.

Работа механизма или машины обязательно сопровождается тем или иным движением ее органов. Это основной фактор, отличающий механизмы и машины от сооружений — мостов, зданий и т. д.

Простейшей частью механизма является звено. Звено — это одно тело или неизменяемое сочетание тел.

Два звена, соединенные между собой и допускающие относительное движение, называются кинематической парой. Кинематические пары бывают низшие и высшие. Звенья низших пар соприкасаются по поверхностям (поступательные, вращательные и винтовые пары), звенья высших пар соприкасаются по линиям и точкам (зубчатые пары, подшипники качения).

Совокупность кинематических пар называется кинематической цепью. Кинематические пары и цепи могут быть плоскими и пространственными.

Механизм получается из кинематической цепи путем закрепления одного из звеньев. Это неподвижное звено называется станиной или стойкой.

Звено, вращающееся вокруг неподвижной оси, называется кривошипом. Звено, качающееся вокруг неподвижной оси, называется балансиром или коромыслом. Звено, совершающее сложное движение параллельно какой-то плоскости, называется шатуном. Звено, движущееся возвратно-поступательно по станине, называется ползуном. Подвижное звено, выполненное, например, в виде рейки с пазом и совершающее вращательное или иное движение, называется кулисой, в пазу скользит камень кулисы.

Звено, которому извне сообщается определенное движение, называется ведущим. Остальные подвижные звенья называются ведомыми.

Различные звенья и кинематические пары механизмов имеют свои условные обозначения по ГОСТу, которые и применяются в этой книге.

В качестве примера рассмотрим широко распространенный криво-шипно-ползунный механизм, схематически изображенный на рис. 9.1.

Этот механизм служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (например, в компрессорах, поршневых насосах, эксцентриковых и кривошипных прессах) или, наоборот, для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (например, в паровых машинах, двигателях внутреннего сгорания).

Кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев: кривошипа ОА,шатуна АВ,ползуна В,станины и четырех кинематических пар: вращательной пары станина—кривошип, вращательной пары кривошип—шатун, вращательной пары шатун—ползун и поступательной пары ползун—станина.

Кривошипно-ползунный механизм — плоский, его ведущим звеном является либо кривошип, либо ползун.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 619; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!