Spēki. Ievads (1. daļa)

Bet šajā video

mēs izpētīsim dažādos stumšanas un vilkšanas veidus,

ar kuriem saskaramies ikdienas dzīvē.

Sāksim ar piemēru.

Iedomājies, ka tu savā dzīvojamā istabā velc krēslu,

nez kāpēc izmantojot virvi.

Padomāsim par visiem dažādajiem spēkiem,

ko šeit varam iedomāties.

Pirmais ir pieliktais spēks.

Pieliktais spēks, kā jau nosaukums liecina, būtībā ir

spēks, ko mēs pieliekam,

stumjot vai velkot priekšmetus.

Šajā gadījumā mēs velkam,

bet dažos gadījumos var arī stumt.

Tas ir visizplatītākais.

Bet kādus citus spēkus mēs vēl varam iedomāties?

Paskaties, lai gan tu esi tas,

kurš velk virvi,

bet kurš velk krēslu?

Krēslu velk virve.

Un šo spēku, ko rada virves

un auklas, mēs saucam par sastiepuma spēku,

ko apzīmēsim ar Fₜ.

Sastiepuma spēks vienmēr būs vilkšanas spēks,

un tas vienmēr darbosies virves vai auklas virzienā.

Un to sauc par sastiepuma spēku, jo šis spēks pastāv,

tāpēc ka virve ir nostiepta.

Jo vairāk virve ir nostiepta, jo lielāks būs šis sastiepuma spēks.

Vari iedomāties, ja šī virve būtu vaļīga,

šeit gandrīz nebūtu nekāda sastiepuma spēka.

Labi, kas vēl?

Vēl ir gravitācijas spēks.

Mēs visi zinām, ka Zeme ar gravitācijas spēku mūs visus velk uz leju.

Visas masas pievelk citas masas, piemēram, tu un es,

un šis krēsls – mēs visi pievelkam viens otru,

bet nozīmīgs ir Zemes gravitācijas spēks.

Un Zemes gravitācijas spēks vienmēr būs vilkšanas spēks.

Un šo spēku mēs bieži saucam par svaru.

Bet tagad varam jautāt: "Kāpēc krēsls

gravitācijas dēļ vienkārši nekrīt lejā?"

Ā, jo grīda to neļauj.

Grīda stumj krēslu atpakaļ uz augšu.

Un šo spēku, ar kādu grīda stumj uz augšu

krēslu, mēs saucam par reakcijas spēku.

Bet kāpēc to sauc par reakcijas spēku?

Tas nav parasts, neparasts veida normāls.

Fizikā vai matemātikā "normāle" (no angļu val. – normal force) nozīmē perpendikulārs.

Tas apzīmē perpendikulāru.

Un var redzēt, ka tas nozīmē, ka šis spēks

ir perpendikulārs virsmai.

Apskatīsim citu piemēru.

Ja tu stumtu, teiksim, sienu,

tad siena stumtu atpakaļ,

un tas arī būtu reakcijas spēks.

Un atkal var redzēt, ka spēks ir perpendikulārs

virsmai.

Jā, mēs to būtu varējuši saukt par

perpendikulāro spēku,

bet mums patīk to saukt par reakcijas spēku.

Normāle nozīmē perpendikulārs.

Un, protams, reakcijas spēki darbojas

šajā saskares punktā.

Bet, lai zīmējums būtu tīrāks,

es to attēloju šeit.

Bet svarīgi ir tas, ka tas ir augšupvērsts spēks no virsmas.

Kas vēl?

Ja tu esi stūmis un vilcis mēbeles,

tu zini, ka ir ļoti grūti tās izkustināt.

Kāpēc tā?

Atkal, tu varbūt zini par berzi.

Lai saprastu berzi,

apskatīsim saskares punktus mikroskopiskā līmenī.

Lai gan šīs virsmas šķiet gludas,

mikroskopiskā līmenī tās tādas nav,

tur ir kalni un ielejas.

Un tagad, kad šis krēsls,

krēsla kāja mēģina slīdēt pa grīdu,

var redzēt, ka radīsies pretestība.

Šo kalnu dēļ radīsies šķērslis

un ieleju, nelīdzenuma dēļ.

Tas ir berzes spēks.

Ja krēsls mēģina kustēties šajā virzienā, berze,

pretestība šai kustībai, ir vērsta šajā virzienā.

Un tas ir vēl viens spēks – berzes spēks.

Tas vienmēr būs stumšanas spēks,

un virziens vienmēr būs pretējs slīdēšanas kustībai.

Šajā gadījumā krēsls mēģina slīdēt pa kreisi,

un tāpēc berze tam pretosies, stumjot to pa labi.

Lai izpētītu vairāk spēku, apskatīsim vēl dažus piemērus.

Vai vari tagad apturēt video

un mēģināt noteikt visus dažādos spēku veidus,

ko vari iedomāties?

Labi, paskatīsimies.

Pirmais, protams, ir gravitācijas spēks.

Gravitācijas dēļ tiem visiem ir savs svars.

Bet pievērsīsimies raķetei un pajautāsim sev,

"Kas liek raķetei celties augšup?"

Tā stumj uz leju visas šīs gāzes.

Un, to darot, tā rada spēku, ko sauc par vilci.

Vilce ir spēks, ko tu radi,

stumjot kaut ko pretējā virzienā.

Raķetes stumj gāzes uz leju.

Tas rada augšupvērstu vilci.

Zemūdene dara to pašu.

Gāzu vietā zemūdene stumj ūdeni atpakaļ

un rada uz priekšu vērstu vilci.

Tas pats notiek ar lidmašīnu.

Lidmašīnas dzinēji stumj gaisu atpakaļ

un rada uz priekšu vērstu vilci.

Kas vēl?

Ievēro, ka visas šīs lietas kustas

caur plūstošu vidi – gaisu, ūdeni vai šķidrumu kopumā,

tās visas ir plūstošas vides.

Un, kad priekšmeti kustas caur šīm vidēm,

vides atomi un molekulas

trieksies pret tiem no pretējā virziena.

Kad raķete ceļas augšup,

gaisa molekulas trieksies pret to uz leju.

Tas pats notiek šeit.

Un arī šeit.

Ūdens molekulas trieksies pret tiem atpakaļ.

Un tas radīs atpakaļvērstu spēku,

ko mēs saucam par pretestības spēku.

Pretestības spēks ir stūmiens, ko rada molekulas

un atomi, kas veido plūstošo vidi,

triecoties pret šiem priekšmetiem.

Tas vienmēr būs vērsts pretējā virzienā

kustībai.

Un tādā ziņā

šie spēki ir nedaudz līdzīgi berzei,

jo abi pretojas kustībai,

bet, protams, tie ir ļoti atšķirīgi spēki.

Un pretestības spēku gaisā bieži sauc par gaisa pretestību.

Un šobrīd es tikai minu dažādus nosaukumus.

Bet gaisa pretestība... gribu tikai pateikt, ka gaisa pretestība

ir tas pats, kas vides pretestības spēks.

Pretestība ir vispārīgs vārds,

bet pretestību gaisā

mēs bieži saucam arī par gaisa pretestību.

Forši, vēl daži spēki.

Un tādēļ pajautāsim sev,

"Kas notur zemūdeni virs ūdens?

Kas līdzsvaro gravitācijas spēku?

Kas līdzsvaro tās svaru?"

Izrādās, ka, iegremdējot objektu

plūstošā vidē, atkal – šķidrumā vai gaisā,

vide vienmēr rada augšupvērstu spēku,

vai, precīzāk, spēku, kas vērsts pretēji gravitācijai.

Šo spēku sauc par cēlējspēku.

'Buoyant' jeb peldēšana nozīmē noturēšanos virs ūdens.

Tas burtiski ir spēks, kas liek priekšmetiem peldēt.

Bet kāpēc plūstošas vides tā dara?

Padomā par to šādi.

Ja šeit nebūtu zemūdenes,

būtu zemūdenes formas caurums.

Un nekavējoties

ūdens censtos ieplūst šajā caurumā, vai ne?

Bet, protams, tur nav cauruma.

Šeit ir zemūdene, tāpēc ūdens nevar ieplūst.

Tā vietā tas spiež uz zemūdeni

no visiem virzieniem.

Izrādās, ka, rūpīgi saskaitot

visus šos spēkus,

tie summēsies un radīs augšupvērstu spēku.

Un tas arī ir cēlējspēks.

Īsāk sakot, ikreiz, kad kaut ko iegremdē plūstošā vidē,

vienmēr būs augšupvērsts spēks

jeb spēks pretēji gravitācijai, ko sauc par cēlējspēku.

Un tagad tu vari jautāt,

"Vai tam nevajadzētu notikt arī šeit,

arī gaisā?"

Protams, uz raķeti darbosies cēlējspēks,

un uz lidmašīnu, un uz jebko, kas atrodas gaisā,

jo gaiss arī ir plūstoša vide.

Bet cēlējspēks gaisā parasti ir ļoti mazs.

Un, runājot par raķeti un lidmašīnu,

šie pārējie spēki ir tik milzīgi,

ka cēlējspēku var pilnībā ignorēt.

Bet dažreiz tas var būt nozīmīgs.

Padomā par hēlija baloniem.

Hēlija baloni ir tik viegli,

ka tieši gaisa radītais cēlējspēks

liek tiem celties augšup.

Labi, visbeidzot, mēs varam sev pajautāt,

"Kas liek lidmašīnai celties augšup?"

Tas nav cēlējspēks,

jo šeit tas nav pietiekami liels,

bet rodas kāds cits spēks,

ko mēs saucam par pacelšanas spēku.

To sauc par pacelšanas spēku,

jo tas burtiski paceļ lidmašīnu augšā.

No kurienes rodas šis spēks?

Tu droši vien vari nojaust, ka tas rodas no spārniem,

bet kas tieši notiek?

Izrādās, tas ir nedaudz sarežģīti.

Tā ir aerodinamika.

Bet īsumā – spārni ir veidoti

īpašā veidā, lai, gaisam plūstot tiem pāri,

rastos spēks.

Atkarībā no konstrukcijas,

spēks var būt vērsts uz augšu vai uz leju.

Protams, mēs tos konstruējam tā,

lai spēks būtu vērsts augšup.

Un, kā jau teicu, mēs pārāk neuztrauksimies par to, kāpēc

un kā tas notiek.

Tas galvenokārt ir saistīts ar spārnu konstrukciju.

Bet svarīgi ir tas, ka šī pacelšanas spēka lielums

ir atkarīgs no tā, cik ātri vējš plūst tam pāri.

Jo ātrāk plūst vējš, jo lielāks ir pacelšanas spēks.

Un tas ir iemesls, kāpēc

lidmašīnām ir jāsaglabā ļoti liels ātrums,

jo ir nepieciešams, lai vējš plūstu ļoti lielā ātrumā,

lai radītu pietiekami lielu pacelšanas spēku.

Un tas ir iemesls, kāpēc ir milzīgi skrejceļi,

lai lidmašīnas varētu veltīt visu šo laiku,

lai paātrinātos līdz minimālajam pacelšanās ātrumam.

Un tas būtībā ir viss.

Oho!

Paskaties, cik daudzveidīgi ir stumšanas un vilkšanas spēki,

kas pastāv mūsu ikdienas dzīvē.

Un, iespējams, ir vēl vairāk.

Un ir ļoti viegli apjukt.

Bet neuztraucies par to.

Vingrinoties tu pie tā pieradīsi.

Bet, ja ātri apkopojam, mums ir pieliktais spēks,

kas var būt stumšana un vilkšana.

Parasti tie ir spēki, ko mēs pieliekam ikdienas dzīvē.

Sastiepuma spēks vienmēr būs vilkšanas spēks,

parasti auklās un virvēs.

Ir gravitācijas spēks, kas rada svaru, vienmēr vērsts uz leju.

Ir reakcijas spēks,

kas vienmēr būs perpendikulārs spēks

virsmai.

Tas vienmēr būs stumšanas spēks.

Berzes un pretestības spēki cenšas pretoties kustībai.

Vilci tu radi, stumjot priekšmetus

pretējā virzienā.

Un cēlējspēks ir augšupvērsts spēks,

spēks pretēji gravitācijai, kad priekšmeti ir iegremdēti plūstošās vidēs.

Un pacelšanas spēks rodas,

kad ir aerodinamiski veidoti spārni.

Un šie spēki ir atkarīgi no konstrukcijas un, protams,

bet vissvarīgāk – no ātruma,

ar kādu vējš plūst tiem pāri.

Bet tas, kas mani patiesi pārsteidz,

ir tas, ka, lai gan mums ir

tik daudz dažādu spēku veidu,

veids, kā mēs tos modelējam, kā mēs tos analizējam,

to mērvienības, viss paliek nemainīgs.

Vai tas nav skaisti un iedvesmojoši?

Sekojiet līdzi turpmākajiem video par šo tēmu.