دانلود مقاله در مورد دینامیک حرکت

دسته بندي : مقاله » مقالات فارسی مختلف
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 32 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏1
‏دینامیک حرکت
(MOtion Dynamics)
‏دینامیک ‏از واژه لاتین به معنی حرکت شناسی گرفته شده است. و در مکانیک کلاسیک ‏بررسی دلایل حرکت و به بیانی دقیق بررسی حرکت به کمک نیروها و قوانین ‏مربویه می‌باشد
‏دید کلی
‏در حالت کلی ‏حرکت ‏یک ذره از دو دیدگاه مختلف می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد به بیان دیگر می‌توان گفت، بطور کلی ‏مکانیک کلاسیک ‏که در آن حرکت اجسام مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد، شامل دو قسمت ‏سینماتیک ‏و دینامیک است . در بخش سینماتیک از علت حرکت بخشی به میان نمی‌آید و حرکت ‏بدون توجه به عامل ایجاد کننده آن بررسی می‌شود. بنابراین در سینماتیک ‏حرکت بحث بیشتر جنبه هندسی دارد.
‏اما در دینامیک علتهای حرکت مورد ‏توجه قرار می‌گیرند. یعنی هر ذره یا جسم همواره در ارتباط با محیط اطراف ‏خود و متاثر از آنها فرض می‌شود محیط اطراف حرکت را تحت تأثیر قرار ‏می‌دهد. به عنوان مثال فرض کنید، جسمی با ‏جرم ‏معین بر روی یک سطح افقی در حال لغزش است. در این مثال سطح افقی به عنوان یکی از محیطهای اطراف جسم با اعمال ‏نیروی اصطکاک ‏در مقابل حرکت جسم مقاومت می‌کند.
‏عوامل مؤثر بر حرکت
‏حرکت یک ذره معین را ماهیت و آرایش اجسام دیگری که محیط ذره را تشکیل می‌دهند، مشخص می‌کند. تأثیر محیط اطراف بر حرکت ذره با ‏اعمال نیرو ‏صورت می‌گیرد. بنابراین مهمترین عاملی که در حرکت ذره باید مورد توجه قرار ‏گیرد، نیروهای وارد بر ذره و قوانین حاکم بر این نیروها می‌باشد.
‏قوانین حرکت
‏در قلمرو ‏مکانیک کلاسیک ‏، یعنی در سرعتهای کوچکتر از ‏سرعت نور ‏حرکت اجسام مختلف بر اساس ‏قوانین حرکت نیوتن ‏بطور کامل قابل تشریح است . این قوانین عبارتند از :
‏3
‏قانون اول
‏این قانون که در واقع بیانی در مورد ‏چارچوبهای مرجع ‏می‌باشد، به این صورت بیان می‌شود هر جسم که در حال سکون ، یا در حالت ‏حرکت یکنواخت در امتداد خط مستقیم باشد، به همان حال باقی می‌ماند مگر ‏آنکه در اثر نیروهای خارجی مجبور به تغییر آن حالت شود
‏قانون دوم
‏این قانون به صورتهای مختلف بیان می‌شود که یکی از آنها بر اساس تعریف ‏اندازه حرکت خطی ‏و دیگری برای تعریف ‏شتاب ‏حرکت می‌باشد. در حالت اول چنین گفته می‌شود که میزان تغییر اندازه حرکت ‏خطی یک جسم ، با نیروی وارد بر آن متناسب و هم جهت می‌باشد. اما بر اساس ‏تعریف شتاب گفته می‌شود که هر گاه بر جسمی نیرویی وارد شود جسم در راستای ‏آن نیرو ، ‏شتاب ‏می‌گیرد که اندازه آن نیرو متناسب است.
‏قانون سوم
‏این قانون که تحت عنوان ‏قانون عمل و عکس‌العمل ‏معروف است، حتی در بعضی از رفتارهای اجتماعی نیز مصداق دارد. بیان قانون ‏سوم به این صورت است که هر عملی را عکس‌العملی است که همواره با آن برابر ‏بوده و در خلاف جهت آت قرار دارد. به عنوان مثال هنگام راه رفتن در روی ‏زمین ، نیرویی از جانب و به طرف جلو بر ما وارد می‌شود که سبب حرکت ما به ‏سمت جلو می‌شود، برعکس ما نیز بر زمین ‏نیرو ‏وارد کرده و آن را به سمت عقب می‌رانیم. ولی چون ‏جرم زمین ‏در مقایسه با جرم ما خیلی زیاد است، حرکت زمین به سمت عقب نامحسوس است.
‏قضیه کار و انرژی
‏در مکانیک برخلاف آنچه در بین عامه رایج است، واژۀ کار زمانی به کار ‏می‌رود که بر روی جسمی نیرویی اعمال شده و آن را جابجا کند ، و یا موجب ‏تغییر در حرکت آن شود. بنابراین در دینامیک حرکت کار مفهوم با ارزشی است. ‏اما کار به دو صورت می‌تواند بر روی جسم انجام شود. فرض کنید‌، جسمی با ‏سرعت ‏معین در حال حرکت است‌، اگر بر روی جسم کار انجام شود، این کار یا ‏می‌تواند سرعت حرکت جسم را افزایش دهد و یا اینکه مانع حرکت شده و سرعت
‏4
‏جسم را کاهش دهد.
‏در حالت اول که سرعت جسم افزایش پیدا می‌کند، اصطلاحا گفته می‌شود که کار انجام شده ، سبب ذخیره ‏انرژی ‏در جسم می‌شود. اما در حالت دوم ما با صرف انرژی و انجام کار ، سرعت جسم ‏را کاهش می‌دهیم. از اینرو انرژیی که وابسته به سرعت جسم بوده و ‏انرژی جنبشی ‏نام دارد، تعریف می‌شود و قضیه کار و انرژی جنبشی بیان می‌کند که کار انجام شده بر روی جسم متناسب با تغییر انرژی جنبشی آن است.
‏مکانیک لاگرانژی و ‏حرکت جسم صلب
‏حرکت ذره یک حالت تقریباً ایده آل و آرمانی از حرکت واقعی اجسام در ‏فضای سه بعدی است. یعنی در بعضی موارد ، تقریب حرکت جسم به عنوان یک ذره ‏نمی تواند مفید واقع باشد. بنابراین در حالت کلی جسم به صورت یک جسم صلب ‏در فضا در نظر گرفته می‌شود و با تعریف ‏مختصات تعمیم یافته (‏که متناسب با نوع حرکت بعد آن معین می شود ) و ‏نیروهای تعمیم یافته ‏و با استفاده از ‏معادلات لاگرانژ ‏حرکت جسم مورد بررسی قرار می‌گیرد. معادلات لاگرانژ و یا به بیان بهتر فرمولبندی ‏مکانیک لاگرانژ ‏نسبت به ‏مکانیک نیوتنی (‏بر اساس قوانین نیوتن) حالت کلی‌تر و کاملتری می‌باشد.
‏در مکانیک لاگرانژی ابتدا کمیتی به عنوان ‏لاگرانژی (‏و یا ‏هامیلتونین ‏که برابر با تفاضل ‏انرژی پتانسیل ‏از ‏انرژی جنبشی ‏است) که به صورت مجموع انرژی جنبشی و ‏انرژی پتانسیل ‏جسم تعریف می‌شود، محاسبه می‌گردد. و با قرار دادن آن در معادلات لاگرانژ ، معادله حرکت جسم حاصل می‌شود
‏حرکت پرتابی
‏حرکت پرتابی یکی از انواع حرکت با شتاب ثابت است که در ‏یک مسیر خمیده انجام می‌شود. در این حرکت جسم پرتاب شده پس از طی مسیری روی منحنی ‏فرضی در فاصله‌ای دورتر از محل پرتاب به زمین ‏می‌رسد
‏دید کلی
‏در حالت کلی هر حرکتی با ‏شتاب ‏و نوع مسیر حرکت ‏مشخص می‌شود. به عنوان مثال ، در یک ‏حرکت ‏یکنواخت ‏در امتداد خط راست که اصطلاحا ‏حرکت ‏مستقیم‌الخط یکنواخت ‏گفته می‌شود، شتاب صفر بوده و مسیر حرکت یک خط راست
‏4
‏می‌باشد. در تشریح انواع حرکت‌های شتابدار ، به دلیل سادگی ، حرکت با شتاب ثابت ‏بیشتر مورد توجه است. حرکت پرتابی یکی از انواع حرکت با شتاب ثابت است که در یک ‏مسیر خمیده انجام می‌شود. حرکت ایده‌آل توپ چوگان یا توپ گلف نمونه‌ای از حرکت ‏پرتابی است.
‏حرکت پرتابی در غیاب مقاومت هوا
‏اگر از ‏مقاومت هوا ‏صرف‌نظر کنیم، تنها نیرویی که بر ‏جسم وارد می‌شود، ‏نیروی گرانش ‏است. این نیرو به خاطر ‏میدان ‏گرانش زمین ‏، شتاب ثابت و رو به پایین g (‏شتاب گرانشی) ‏را بر جسم وارد می‌کند. ‏بنابراین شتاب تنها یک مولفه قائم خواهد داشت و مولفه افق شتاب صفر خواهد بود. ‏البته لازم به ذکر است که جهت سادگی شتاب گرانشی را ثابت اختیار می‌کنیم. چون نیروی ‏گرانشی یک ‏نیروی ‏پایستار ‏خواهد بود، بنابراین می‌توانیم یک نیروی پایستار تعریف کرده و هر جا که ‏لازم شد، از ‏قانون ‏بقای انرژی ‏استفاده کنیم.
‏اگر در فضای سه بعدی جهت g ‏را در امتداد محور z ‏ها اختیار کنیم، چون در امتداد محورهای x ‏و y ‏شتابی وجود ندارد، لذا حرکت در این ‏دو امتداد یکنواخت خواهد بود و تنها در جهت محور z ‏حرکت شتابدار خواهیم داشت. به ‏این ترتیب می‌توانیم ‏معادلات حرکت ‏را تشکیل داده و در مورد مسیر ‏حرکت و سایر پارامترهای دیگر که در امر حرکت دخالت دارند، پیشگویی کنیم. اگر ‏معادلات حرکت را با استفاده از روشهای حل ‏معادلات ‏دیفرانسیل ‏حل کنیم، معادله مسیر مشخص می‌شود. بنابراین ملاحظه می‌کنیم که مسیر ‏حرکت یک ‏سهمی ‏خواهد بود.
‏حرکت پرتابی در حضور مقاوت هوا
‏در این حالت که تقریبا حالت واقعی‌تر حرکت ‏یک پرتابه است، فرض می‌کنیم که مقاومت هوا به‌صورت یک نیروی تلف کننده بر پرتابه ‏عمل کند. در این صورت حرکت پایا نبوده و در اثر آن ‏اصطکاکی ‏ناشی از مقاومت هوا ، انرژی کل بطور مداوم در حال کاهش می‌باشد. اگر برای سادگی فرض ‏کنیم که نیروی مقاومت هوا به‌صورت خطی با سرعت تغییر کند، در این صورت دو نیرو بر ‏پرتابه اثر می‌کند که یکی نیروی مقاومت هوا و دیگری نیروی گرانشی زمین است. ‏بنابراین اگر معادلات حرکت را بنویسیم، در اینصورت در راستای سه محور مختصات شتاب ‏خواهیم داشت.