ƏӨЖ 531.534

Б. Дуаметұлы, С.Қ. Құсайынов

МЕХАНИКАДАҒЫ КҮШТЕР

Физика пəні бойынша жазылған оқу əдістемелік кешендер мен жалпы физика курсыбойынша жазылған оқулықтарда механикадағы күштер турлы жалпылай мағлұмат берілгенімен,күш ұғымы жəне олардың өзара байланысы толықтай баяндалмайды. Сондықтан бұл жұмыстамеханикада қолданылатын негізгі күштер сарапталып, олардың өзара байланысы мұқиятзерттеледі.

Əдетте күш деп механикада бір дененің екінші бір денеге əсерін айтамыз[1-7]. Соныменбірге, денелер арасындағы өзара əсер етуші күштер пайда болу ерекшелігіне қарай екіге бөлінеді.Біріншісі, денелердің тікелей жанасуы арқылы əсерлесудің нəтижесінде пайда болатын күштер,бұл жерде біз оны жанасу күші деп атайық. Екіншісі, денелер бір-бірімен тікелей жанаспай,араларындағы белгілі бір материялық өріс арқылы əсерлесудің нəтижесінде пайда болатынкүштер, бұларды өріс күші деп атайық. Ал материяның екі түрлі сипаттамасы бар екені бізгебұрыннан белгілі. Біріншісі, біз күнделікті өмірде көріп жүрген материяның белгілі күйі, мысалы,қатты дене, сұйықтар жəне газдар. Ал екіншісі, материяның өрістік сипаттамасы, мысалы, электрөрісі, магнит өрісі жəне гравитациялық өріс. Механикада үнемі қолданылатын күштерді ауырлықкүші, серпімділік күші жəне үйкеліс күші деп үшке бөледі. Бұлардың ішіндегі ауырлық күшігравитациялық өріс күшіне жатады да, қалған екеуі жанасу күштеріне жатады.

1. Ауырлық күшіƏлемдегі барлық денелердің арасында өзара тартылыс күшінің бар екендігін адамдар өте

ертеден-ақ байқаған. Денелердің өзара жанаспай-ақ əсерлесуінің нəтижесінде пайда болатыносындай күштерді бүкілəлемдік тартылыс күші немесе гравитациялық күш деп атаймыз. Жербетіндегі денелердің арасындағы гравитациялық күштердің шамасы тым мардымсызболғандықтан, əдетте біз оларды байқай алмаймыз. Алайда, жер шарының басқа денелерге қарата(жер шары бетіндегі) гравитациялық күші өте көп болады. Біз күнделікті өмірде жер бетіненжоғары тұрған заттардың тіреуі болмаса, жерге құлап түсетінін білеміз. Міне, бұл жер шарыныңгравитациялық күшінің əсерінен болады. Жер шарының жер шары бетіндегі немесе жақынмаңындағы денелерге қарата пайда болатын гравитациялық күшін ауырлық күші деп атаймыз.

Ауырлық күшінің шамасын салмақ деп атаймыз. Жер бетіндегі барлық денелер үлкен-кішілігіне қарамай, мейлі ол тыныштықта, мейлі ол қозғалыста болсын, барлығы да жер шарыныңтартылыс күшінің əсеріне ұшырайды. Сондықтан барлық денелердің салмағы болады. Алайда, əртүрлі денелерге қарата айтқанда, жер шарының тартылыс күшінің шамасы да əр түрлі болады.Тəжірибелердің нəтижесі дененің салмағы оның массасына тура пропорционал болатындығындəлелдеді. Массасы көп денелердің салмағы ауыр болса, массасы аз денелердің салмағы жеңілболады. Денелердің салмағын серіппелі таразы арқылы өлшеуге болады.

Нақтылап айтқанда, бір дененің салмағы өзгермейтін тұрақты шама емес, ол дененің жербетіндегі географиялық орнына жəне ол дененің жер бетінен қаншалық биік орналасуына қарайөзгеріп отырады. Алайда, мұндай өзгеріс тым мардымсыз болғандықтан, əдетте олардыескермейміз. Күнделікті өмірде біз дененің салмағын тұрақты болады деп қараймыз. Ауырлықкүшінің бағыты үнемі тік төмен қарай бағытталады. Ауырлық күшінің денедегі əсер ету нүктесінмассалар центрі деп атаймыз.

2. Серпімділік күшіƏрқандай дене күш əсерінен деформацияланады. Бірақ, деформация дəрежесі əр түрлі

болады. Кейбір денелердің деформациясы аздығынан байқауға келмесе, ал кейбір денелердедеформация күшті байқалады. Сыртқы əсер етуші күшті алып тастағаннан кейін дене бастапқықалпына қайтып келетін болса, онда мұндай деформацияны серпімді деформация деп атаймыз.Тəжірибелердің нəтижесінен, серпімді деформацияланған денелердің бастапқы күйіне (пішініжəне көлеміне) қайтып келу үшін, деформацияланған басқа денелерге қарата əсер ететін күшпайда болатынын білеміз. Мұндай күштер серпімділік күші деп аталады. Деформациялық күштертікелей жанасушы денелердің арасында пайда болады, сондай-ақ, денелерде деформация пайдаболу олардың алдыңғы шарты болып табылады. Мысалы, екі қолымызбен серіппені созғанкезімізде, серіппе бастапқы күйіне қайтып келу үшін қолымызға қарата қарсы əсер күшін пайдақылады. Міне, бұл серпімділік күші болып табылады. Сол сияқты, арқанмен ауыр жүкті көтерген

кезде арқанда аз мөлшердегі созылу (деформация) пайда болады. Бұл кезде арқанда бастапқыкүйіне (ұзындығына) қайтып келуі үшін қарсы əсер күш пайда болады, сондай-ақ, ол күш ауыржүкке əсер етеді. Əдетте біз арқанда пайда болған осындай серпімділік күшті арқанның тартылукүші деп атаймыз. Тағы бір мысал келтірейік, дене үстел үстінде жатқан болсын, үстел бетініңжоғары бағытталған əсер күшінің нəтижесінде денеде өте аз мөлшердегі деформация пайда болдыдесек, бұл кезде дене өзінің бастапқы күйіне қайтып келуі үшін, үстел бетіне қарай төменбағытталған серпімділік күшті пайда қылады. Мұндай күштерді əдетте қысым күші деп атаймыз.Дəл сол сияқты, үстел беті де өте аз мөлшерде деформацияға ұшырайды десек,бастапқы күйіне қайтып келуі үшін үстел бетінде де жоғары бағытталғын серпімділік күші пайдаболады. Мұндай күштерді əдетте біз үстел бетінің тіреу күші деп атаймыз. Бұдан басқа, қаттыденелердің бір-бірімен соқтығысу күші жəне сұйықтықтардың ішіне батырылған денелерге қаратаығыстыру күші дегендердің барлығы серпімділік күштердің қатарына жатады. Серпімділік күшініңбағыты əрқашанда абсолют деформация бағытына қарама-қарсы бағытта болады.

3. Үйкеліс күшіЕкі дене тікелей жанасқан кезде, оларда өзара салыстырмалы қозғалыс пайда болса, немесе

салыстырмалы қозғалыс пайда болуға ұмтылса, онда олардың жанасу бетінде қозғалыс бағытынақарама-қарсы бағытта бір күш пайда болады. Оны біз үйкеліс күші деп атаймыз. Үйкеліс күшіпайда болу кезіндегі өзгешелігіне қарай тыныштық үйкелісі, сырғанау үйкелісі жəне домалауүйкелісі деп үшке бөлінеді.

Өзара жанасқан денелерде сыртқы күштің əсерінде салыстырмалы қозғалысқа ұмтылу пайдаболады, бірақ қозғалыс пайда болмаса, онда мұндай үйкеліс күштерін тыныштық үйкеліс күші депатаймыз. Мысалы, жер бетінде тыныш тұрған үлкен бір жəшікті бар күшімізбен итергенде жəшікорнынан қозғалмаса, онда біздің итеру бағытымызға қарама-қарсы бағытта қозғалысқа кедергілікжасайтын бір күштің болғаны. Міне, бұл күш тыныштық үйкеліс күші болып табылады.

Екі жанасқан денелер арасында салыстырмалы қозғалыс (сырғанау) болған кезде пайдаболатын үйкеліс күшін сырғанау үйкеліс күші деп атаймыз.

Бір дененің екінші бір дененің бетінен домалаған кездегі пайда болған үйкеліс күшіндомалау үйкеліс күші деп атайды. Əдеттегі жағдайда, домалау үйкеліс күші сырғанау үйкеліскүшінен аз болады. Сондықтан денені сүйрегеннен көрі домалатқан оңай болады.

4. Күштердің өзара байланысыДененің ұшыраған ауырлық күші мен дененің тіреу бетіне беретін қысым күшін, сондай-ақ,

денені көтеріп тұрған арқанның тартылу күшін бір-бірімен шатастыруға болмайды. Мысалы, бірдене жер бетінде жатыр десек, көптеген адамдар осы дененің ұшыраған ауырлық күші жер бетінеəсер етеді де, сол арқылы қысым күшін пайда қылады деп қарайды. Ал енді кейбір адамдар жербетінің ұшыраған қысым күші дегеніміз дене ұшыраған ауырлық күші болып табылады депқарайды. Арқанмен ауыр денені көтерген кезде, дене ұшыраған ауырлық күші арқанда тартылукүшін келтіріп шығарады, немесе арқанның ұшыраған тартылу күші дегеніміз дененің ұшырағанауырлық күші болып табылады деген көзқарастағы адамдар да жоқ емес. Шындығында, мұндайкөзқарастардың бəрі де дұрыс емес. Мұндағы қателіктердің қай жерде екенін қарап көрейік.Дененің ұшыраған ауырлық күші деп жер шарының денеге қарата тартылыс күшін айтамыз. Олденеге əсер етеді, қасиеті жағынан гравитациялық күштердің қатарына жатады. Ал қысым күшімен тартылу күші деп дененің тіреу беті мен арқанға əсер ететін күшін айтамыз. Бұлар қасиетіжағынан серпімділік күштердің қатарына жатады. Міне, бұл нəтижелерден қысым күші ментартылу күшінің ауырлық күші емес екендігін біле аламыз. Жоғарыдағы қате көзқарастардыңнегізгі шығу себебі тіреу бетінің қысым күші мен арқанның тартылу күшін дененің салмағыкелтіріп шығарғандықтан болып отыр. Егер дененің салмағы болмаса, тіреу бетінде қысым күшіпайда болмайды, арқан да тартылу күшінің əсеріне ұшырамайды. Оның үстіне дене тыныштықтатұрған кезде, тіреу бетінің ұшыраған қысым күші мен арқанның ұшыраған тартылу күшініңшамасы дене ұшыраған ауырлық күшінің шамасымен бірдей, бағыты қарама-қарсы болады.Алайда, ауырлық күші мен қысым күші жəне тартылу күші арасындағы мұндай байланыс текжоғарыда аталған ерекше жағдайда ғана өзара сəйкес келеді. Ал шындығында олар арасындатікелей байланыс жоқ екендігін төмендегі мысалдан көре аламыз. Мысалы, кітапты қолымызменбөлменің қабырғасына қысып ұстап тұратын болсақ, қабырғаның ұшыраған қысым күші менкітаптың ұшыраған ауырлық күшінің ешқандай қатысы жоқ екендігін оп-оңай көре аламыз.Сондай-ақ, арқанмен денені көтерген кезде, егер денені жоғары қарай үдемелі қозғалыспенкөтерсек, не денені төмен қарай үдемелі қозғалыспен түсірсек, онда арқан ұшыраған тартылу

күшінің шамасы, дене ұшыраған ауырлық күшінің шамасына тең болмайды. Сондықтан ауырлықкүші мен қысым күшін не тартылу күшін бір-бірінен ажырата білуіміз керек.

Тыныштық үйкеліс күшінің қозғалыстың басталуына кедергілік жасайтындығы жəнеденелердің салыстырмалы тыныштығын сақтайтындығы жоғарыда баяндалды. Осыған негізделеотырып, үйкеліс күші ылғи да дене қозғалысына кедергілік жасайды жəне қозғалыс бағытынақарама-қарсы болады деп қарамауымыз керек. Кейде үйкеліс күші қозғалыстың негізгі күші болыпсаналады,жəне ол қозғалыс бағытымен бірдей болғандықтан дене тыныштық үйкеліс күшінің əсерінен алғақарай қозғалады. Мысалы, адамдар алға қарай жүргенде аяқ киімінің табаны жолмен өзараəсерлесе отырып, оны кері қарай итереді, ал үйкеліс нəтижесінде пайда болған тыныштық үйкеліскүшінің бағыты алға қарай бағытталған болып, соның нəтижесінде адам алға қарай қозғалады. Дəлосы сияқты автокөліктердің дөңгелектері мен жер арасында қозғалыс бағытымен бір бағыттағытыныштық үйкеліс күші пайда болып, сол үйкеліс күшінің əсерінен автокөлік алға қарай бағыттақозғалыс алады. Сондықтан тыныштық үйкеліс күші қозғалыс басталуына кедергілік жасайды,жəне ол үнемі қозғалыс бағытына қарама-қарсы болады деп айтуға болмайды.

ƏДЕБИЕТТЕР

1. И.В.Савельев, Курс общей физики: в 5-и книгах: 1.механика: Учебное пособие для втузов− М.: Астрель/АСТ, 2005.

2. И.В.Савельев, Жалпы физика курсы. Механика жəне молекулалық физика. 1том. Алматы:Мектеп, 1977 г.

3. Н. Қойшыбаев, А. О. Шарықбаев, Физика І том. −Алматы: Кітап, 2001.4. Ж. Абдулаев, Физика курсы. −Алматы: Мектеп, 1994.5. Ə. Қ. Шоқанов, О. Құрманұлы, Физика. Механика. Теория, есептер, есеп шығару

тəсілдері. −Алматы: ҚазҰТУ, 1998.6. Х. Р. Майлина, Кинематика есептерін шешу əдістері. Əдістемелік нұсқау. −Алматы:

ҚазҰТУ, 2001.7. М. Жұбанов, Физиканың негізгі заңдары. −Алматы: Мектеп, 1989.

Резюме

В данной работе подробно разъяснено значение силы, одной из важных величин механики ифизики в целом. Описывается не только общее понятие, но и объясняются понимание силы ивзаимосвязь различных видов сил. Кроме того, в работе рассматриваются и подробно освещаютсянекоторые ошибочные мнения и выражения, распространенные в широких массах.

Summary

In the given work the meaning of force one of the important value of mechanics and whole physicsis defined totally. Not only general characteristics are explained, there are also the meaning of force andinteraction of different types of forces. Besides, some wrong opinions and formula are considered andreported.

Ключевые слова : force, gravitational force, elastic force, deformation, resisting force, universalgravitational force, compressive force, supporting force, velocity, acceleration.

Қ.И. Сəтбаев атындағыҚазақ ұлттық техникалық университеті Түскен күні 05.05.09 г.