Инерционни характеристики
Свойството на инерцията на телата се разкрива в първия закон на Нютон:
„Всяко тяло поддържа своето състояние на покой или равномерно и праволинейно движение, докато външни приложени сили не променят това състояние.“
С други думи, всяко тяло поддържа скоростта си, докато силите не я променят.
Концепцията за инерция:
Всяко тяло поддържа скоростта си непроменена при липса на външни влияния по същия начин. Това свойство, което няма мярка, се предлага да се нарича инерция 1. Различните тела променят скоростта си под въздействието на сили по различни начини. Следователно това тяхно свойство има мярка: то се нарича инертност. Инерцията представлява интерес, когато е необходимо да се оцени как се променя скоростта.
Инертността е свойство на физическите тела, изразяващо се в постепенно изменение на скоростта във времето под въздействието на сили.
Поддържането на постоянна скорост (движение като по инерция) в реални условия е възможно само когато всички външни сили, приложени към тялото, са взаимно балансирани. В други случаи неуравновесените външни сили променят скоростта на тялото в съответствие с мярката на неговата инерция. Инерционният момент на тялото е мярка за инерцията на тялото при въртеливо движение. Инерционният момент на тялото спрямо оста е равен на сумата от произведенията на масите на всички материални точкитела чрез квадратите на техните разстояния от дадена ос
Радиусът на инерцията на тялото е сравнителна мярка за инерцията на дадено тяло спрямо различните му оси. Измерва се чрез корен квадратен от отношението на инерционния момент (спрямо дадена ос) към масата на тялото:
Връзки на тялото като лостове и махала
Точки на свързване, които могат да се разглеждат или като опорни точки (за лост), или като точки на отвес (за махало).
Лостът се характеризира с разстоянието между точката на прилагане на силата и точката на въртене. Лостовете са от първи и втори вид.
Лост от първи вид или лост за баланс се състои само от една връзка. Пример за това е прикрепването на черепа към гръбначния стълб.
Лост от втори тип се характеризира с наличието на две връзки. Условно можем да разграничим лост за скорост и лост за сила в зависимост от това какво преобладава в техните действия. Лостът за скорост дава печалба в скоростта при подобряване на работата. Пример е лакътната става с натоварване на дланта. Лостът на властта дава печалба във властта. Пример е крак на пръсти.
Тъй като човешкото тяло извършва своите движения в триизмерно пространство, тогава неговите връзки се характеризират със степени на свобода, т.е. способността за извършване на транслационни и ротационни движения във всички измерения. Ако връзката е фиксирана в една точка, тогава тя е способна да извършва въртеливи движения и можем да кажем, че има три степени на свобода.
Фиксирането на връзка води до образуване на връзка, т.е. свързано движение на фиксирана връзка с точка на закрепване. Тъй като ръцете и краката на човек могат да извършват осцилаторни движения, за механиката на тяхното движение се прилагат същите формули, както при простите механични махала. Техният основен извод е, че собствената честота на трептенията не зависи от масата на люлеещото се тяло, а зависи от дължината му (с увеличаване на дължината честотата на трептене намалява).
Като направите честотата на стъпките при ходене или бягане или ударите при плуване или гребане резонансна (т.е. близка до естествената честота на вибрациите на ръката или крака), е възможно да се минимизират разходите за енергия. С най-икономичната комбинация от честота и дължина на стъпките или ударите, човек демонстрира значително увеличение на производителността. Прост пример: когато бяга, висок атлет има по-голяма дължина на крачката и по-ниска честота на крачки от по-нисък атлет, със същата скорост на движение.
Към обсъжданите по-рано кинематични мерки за промени в движението (скорост и ускорение) се добавят динамични мерки за промени в движението (количество движение и кинетичен въртящ момент). Заедно с мерките за действие на силите те отразяват връзката между силите и движението. Изучаването им помага да се разбере физическа основадвигателни действия на човека.
Динамика(от гръцки dynamikós - силен, от dýnamis - сила), раздел от механиката, посветен на изучаването на движението на материални тела под въздействието на приложени към тях сили. Динамиката се основава на трите закона на I. Нютон, от които, като следствие, се получават всички уравнения и теореми, необходими за решаване на проблемите на динамиката. Всички движения на човек и телата, които той движи под въздействието на сили, се променят по големина и посока на скоростта. За да се разкрие механизмът на движенията (причините за тяхното възникване и хода на техните промени), се изследват динамичните характеристики. Те включват инерционни характеристики (характеристики на самите движещи се тела), сила (характеристики на взаимодействието на телата) и енергия (състояния и промени в работата на биомеханичните системи).
Инерционни характеристики разкриват характеристиките на човешкото тяло и телата, които то движи при взаимодействието им. Запазването и изменението на скоростта зависи от инерционните характеристики.
Всички физически тела имат свойството инерция (или инерция), което се проявява в запазването на движението, както и в особеностите на промяната му под въздействието на сили.
Концепцията за инерцията е разкрита в първия закон на Нютон: „Всяко тяло поддържа своето състояние на покой или равномерно и праволинейно движение, докато външни приложени сили не го принудят да промени това състояние.“
Тегло е мярка за инерцията на тялото по време на постъпателно движение. Измерва се чрез отношението на големината на приложената сила към ускорението, което причинява. Маса (m) е количеството вещество (в килограми), съдържащо се в тяло или отделна връзка.
Масата на тялото характеризира как точно приложената сила може да промени движението на тялото. Същата сила ще причини по-голямо ускорение в тяло с по-малка маса, отколкото в тяло с по-голяма маса.
Телесно тегло - Това е силата, с която едно тяло, поради привличането си към Земята, действа върху хоризонтална опора.
Инерционен момент е мярка за инерцията на тялото по време на въртеливо движение. Инерционният момент на тялото спрямо дадена ос е равен на сумата от произведенията на масите на всички негови частици и квадратите на техните разстояния от дадена ос на въртене.
От това се вижда, че инерционният момент на едно тяло е по-голям, когато неговите частици са по-далеч от оста на въртене, което означава, че ъгловото ускорение на тялото под въздействието на същия момент на сила е по-малко; ако частиците са по-близо до оста, тогава ъгловото ускорение е по-голямо и инерционният момент е по-малък. Това означава, че ако приближите тялото по-близо до оста, е по-лесно да предизвикате ъглово ускорение, по-лесно е да ускорите тялото при въртене и е по-лесно да го спрете. Това се използва при движение около ос.
Силови характеристики. Известно е, че движението на тялото може да възникне както под въздействието на движеща сила, приложена към него, така и без движеща сила (по инерция), когато се прилага само спирачна сила. Движещите сили не винаги се прилагат; Без спирачни сили няма движение. Промените в движенията възникват под въздействието на сили. Силата не е причината за движението, а причината за промяната в движението; характеристиките на силата разкриват връзката между действието на силата и промяната в движението.
Силае мярка за механичното въздействие на едно тяло върху друго в даден момент от времето. Числено се определя от произведението на масата на тялото и неговото ускорение, причинено от дадена сила.
Най-често се говори за сила и резултат от нейното действие, но това се отнася само за най-простото транслационно движение на тялото. При движенията на човека като система от тела, където всички движения на частите на тялото са въртеливи, промяната на въртеливото движение зависи не от силата, а от момента на силата.
момент на сила е мярка за въртящия ефект на силата върху тялото. Определя се от произведението на силата и нейното рамо.
Моментът на сила обикновено се счита за положителен, когато силата кара тялото да се върти обратно на часовниковата стрелка, и отрицателен, когато се върти по посока на часовниковата стрелка.
За да може силата да упражнява своя въртящ се ефект, тя трябва да има рамо. С други думи, не трябва да минава през оста на въртене.
Определянето на сила или момент на сила, ако е известна масата или инерционният момент, ви позволява да разберете само ускорението, т.е. колко бързо се променя скоростта. Все още трябва да разберем колко точно ще се промени скоростта. За да направите това, трябва да се знае колко дълго е била приложена силата. С други думи, необходимо е да се определи импулса на силата (или нейния момент).
Импулсна сила - това е мярка за въздействието на сила върху тялото за даден период от време (при постъпателно движение). той равно на произведениетосила и продължителност на действието му.
Всяка сила, приложена дори за малки части от секундата (например: удряне на топка), има инерция. Това е импулсът на силата, който определя промяната в скоростта, докато силата определя само ускорението.
При въртеливото движение моментът на сила, действащ за определено време, създава импулс на момента на силата.
Импулс на импулса - това е мярка за въздействието на момент на сила спрямо дадена ос за даден период от време (при въртеливо движение).
В резултат на импулс, сила и момент на сила, възникват промени в движението, в зависимост от инерционните свойства на тялото и се проявяват в промени в скоростта (количество движение, кинетичен момент).
Количество движение е мярка за постъпателното движение на тялото, характеризиращо способността му да се предава на друго тяло под формата на механично движение. Импулсът на тялото се измерва чрез произведението на масата на тялото и неговата скорост.
Кинетичен момент (ъглов момент) е мярка за въртеливото движение на тялото, характеризиращо способността му да се предава на друго тяло под формата на механично движение. Кинетичният момент е равен на произведението на инерционния момент спрямо оста на въртене и ъгловата скорост на тялото.
Съответна промяна в импулса настъпва под действието на импулс на сила, а под въздействието на момент на импулс на сила възниква известна промяна в кинетичния момент (момент на импулс).
Енергийни характеристики. Енергия (от гръцки enérgeia - действие, дейност), обща количествена мярка за движение и взаимодействие на всички видове материя. Енергията в природата не се появява от нищото и не изчезва; може само да преминава от една форма в друга. Механичната енергия е енергията на механичното движение и взаимодействие на тела от система или техни части. Механичната енергия е равна на сумата от кинетичната и потенциалната енергия механична система.
Когато човек се движи, силите, приложени към тялото му по определен път, действат и променят позицията и скоростта на частите на тялото, което променя енергията му. Работата характеризира процеса, при който се променя енергията на системата. Енергията характеризира състоянието на системата, която се променя в резултат на работа. Енергийните характеристики показват как видовете енергия се променят по време на движение и протича самият процес на промяна на енергията.
Работа на силата - това е мярка за ефекта на силата върху тялото по време на някакво движение под въздействието на тази сила. Тя е равна на произведението от модула на силата и преместването на точката на приложение на силата.
Ако силата е насочена в посоката на движение (или под остър ъгъл спрямо тази посока), тогава тя прави положителна работа, повишавайки енергията на движение на тялото. Когато силата е насочена към движението (или под тъп ъгъл към посоката му), тогава работата на силата е отрицателна и енергията на движение на тялото намалява.
Работа на момент на сила - това е мярка за влиянието на момент на сила върху тяло по даден път (при въртеливо движение). Той е равен на произведението на модула на момента на силата и ъгъла на завъртане.
Концепцията за работа е мярка за външни влияния, приложени към тялото по определен път, причиняващи промени в механичното състояние на тялото.
енергия - това е оперативният капацитет на системата. Механичната енергия се определя от скоростите на движение на телата в системата и техните относителна позиция; Това означава, че е енергията на движението и взаимодействието.
Кинетична енергия на тялото - това е енергията на неговото механично движение, което определя способността за извършване на работа. При постъпателно движение тя се измерва с половината от произведението на масата на тялото върху квадрата на неговата скорост, а при въртеливо движение - с половината от произведението на инерционния момент върху квадрата на неговата ъглова скорост.
Потенциална енергия на тялото - това е енергията на неговото положение, обусловена от взаимното относително разположение на тела или части от едно и също тяло и естеството на тяхното взаимодействие. Потенциалната енергия в гравитационното поле се определя от произведението на гравитацията и разликата между нивата на началната и крайната позиция над земята (спрямо които се определя енергията).
Енергията като мярка за движението на материята преминава от един вид в друг. Така химическата енергия в мускулите се превръща в механична енергия (вътрешен потенциал на еластично деформираните мускули). Мускулната теглителна сила, генерирана от последния, работи и преобразува потенциалната енергия в кинетична енергиядвижещи се части на тялото и външни тела. Механичната енергия на външните тела (кинетична), предавана по време на тяхното въздействие върху човешкото тяло към неговите връзки, се превръща в потенциална енергия на разтегнати мускули-антагонисти, както и в разсеяна топлинна енергия.
В различни ситуации става необходимо да се промени скоростта на плавателния съд (закотвяне, акостиране, плаване и др.). Това става чрез промяна на режима на работа на главния двигател или пропулсорите.
След което корабът започва да се движи неравномерно.
Пътят и времето, необходими за извършване на маневра, свързана с неравномерно движение, се наричат инерционни характеристики на плавателния съд.
Инерционните характеристики се определят от времето, разстоянието, изминато от кораба през това време, и скоростта на фиксирани интервали и включват следните маневри:
движение на плавателния съд по инерция - свободно спиране;
ускорение на плавателния съд до дадена скорост;
активно спиране;
забавяне.
Свободно спиранехарактеризира процеса на намаляване на скоростта на кораба под въздействието на съпротивлението на водата от момента, в който двигателят спре до пълното спиране на кораба спрямо водата. Обикновено времето за свободно спиране се отчита до загуба на управляемост на съда (фиг. 1.26).
Ускорението на кораба е процесът на постепенно увеличаване на скоростта на движение от нулева стойностдо скорост, съответстваща на определеното положение на телеграфа (фиг. 1.27).
Активно спиране- Това е спиране чрез обръщане на двигателя. Първоначално телеграфът се поставя в положение „Стоп“ и едва след като оборотите на двигателя паднат с 40–50%, дръжката на телеграфа се премества в положение „Пълен реверс“. Краят на маневрата е спирането на кораба спрямо водата (фиг. 1.28).
Процесът на активно спиране на кораб с витло с фиксирана стъпка може да бъде разделен на 3 периода:
първи период (t1) - от момента на започване на маневрата до момента на спиране на двигателя (t1 ≈ 7–8 секунди);
вторият период (t2) - от момента на спиране на двигателя до стартирането му на заден ход;
трети период (t3) - от момента на стартиране на двигателя на заден ход до спиране на плавателния съд или до достигане на постоянна скорост на заден ход. Движението на кораба през първите два периода може да се счита за свободно спиране.
В процеса на движение всеки съд, особено голям капацитет, има значителна маса и недостатъчно плътно сцепление с водната среда. Има способността да спира да се движи доста бавно и да променя скоростта. Инерционните свойства са физическата връзка между масата и скоростта на нарастване на скоростта. Обикновено те се определят експериментално и резултатите се вписват в таблицата на маневрените елементи на кораба. За навигацията са важни разстоянието и времето на затихване на инерцията и развиване на максимална скорост от кораба; инерционни характеристики на кораба: спиране, движение по инерция и ускорение.
спиране –процесът на намаляване на инерцията на праволинейното движение на плавателния съд чрез обръщане на пропулсорите от движение напред на назад (и обратно). Характеризира се с дължината на спирачния път L t и спирачното време t t Това е разстоянието, изминато от плавателния съд от момента на командата „Стоп“ и реверса на задвижването до пълното спиране на плавателния съд и време, изразходвано за това. Спирането чрез действието на пропулсорите се нарича „Пълен реверс“. извънредна ситуация.
Пътуване по инерция – процесът на затихване на инерцията на движението напред на плавателния съд под въздействието на водоустойчивост без активна работахамали. Характеризира се с разстоянието L, което корабът изминава от момента на командата „Стоп“ до момента, в който корабът спре напълно и времето, прекарано за това.
Овърклок – процесът на достигане на постоянна скорост на кораб при даден режим на работа на пропулсорите. Характеризира се с изминато разстояние L p и време при достигане на постоянна скорост при даден режим на работа на двигателите.
Извършват се инерционни изпитания на съда съгласно специална програмаВ зависимост от конструктивните характеристики на съда, резултатите от изпитването се въвеждат в таблицата на маневрените елементи на кораба. Спирачните характеристики са от най-голямо значение.
Характеристиките на бреговете са особено важни за теглени плавателни съдове и конвои.Познаването и отчитането на инерционните характеристики при управление на кораб е задължително за навигатора!
3. Управляемост и циркулация на съда, неговите периоди и елементи
Управляемостта на кораба зависи от свойствата на кораба: корпус, рулево устройство, двигатели, скорост, както и външни факторивятър, течение, вълни, дълбочина и ширина на S.H. Особено важен за разглеждане е ефектът от скоростта, който е двусмислен. Така че, когато корабът се движи, хидродинамичните сили и моменти (пропорционални на квадрата на скоростта на наближаващия поток) върху кормилото и корпуса имат постоянно съотношение, следователно траекторията на движение е стабилна. Но ако намалите скоростта на въртене на витлото, въртящият момент на кормилното управление ще се промени веднага поради отслабването на потока от витлото, а хидродинамичният въртящ момент върху тялото ще остане същият, съотношението на силите и моментите ще бъде нарушено и траекторията на движение ще се промени.
Управляемостта на кораба се характеризира със стабилност на курса и пъргавина.
Стабилност на курсаспособността на кораба да поддържа права посока. Има: собствена стабилност– имотът след преустановяване на външното влияние, без кормило, да дойде до праволинейно движение(повечето кораби нямат собствена стабилност) и оперативна стабилност– способността на кораба да поддържа дадена посока на движение с помощта на периодични смени на руля (в зависимост от кораба, газенето и диферента). Характеризира се с броя на необходимите смени на руля за единица време, за да се поддържа корабът в праволинейно движение.
Ловкост – способността на плавателния съд да променя посоката на движение и да описва траектория с дадена кривина. Зависи от органите за управление и характеристиките на корпуса на кораба, вкл. валежи.
Стабилността и пъргавината са антиподи, но и двете са необходими и двете свойства на плавателния съд се стремят да бъдат положителни.
Процесът на завъртане на кораб с изместени кормила се нарича циркулация , което се характеризира с елементи и периоди.
След изместване на кормилото корабът се движи известно време по инерция в същата посока, след като преодолее силите на инерцията, корабът започва да се движи по крива траектория - циркулация. По това време започва да действа центробежна силаС към Ц.Т. и пропорционална на масата на съда, квадрат на скоростта на движение напред и обратно пропорционална на радиуса на кривината C=mv с 2/r.
Фигура 10(o)
Хидродинамичният натиск се преразпределя върху корпуса на кораба, т.е. налягането от външната страна се увеличава.
защото водата тече върху него под ъгъл спрямо DP, точката на приложение на тези съпротивителни сили R е разположена в носа на 1/4 от дължината на кораба от стеблото. Прилагайки към CG две сили R 1 и R 2, успоредни и противоположни на силата R, получаваме двойка сили R и R1 с рамо b, създавайки въртящ момент, наречен. позиционенMп = Rв. СЪСС появата на ъгловата скорост на завъртане на кораба действат рулевите и позиционните моменти. Влиянието на MP зависи от формата и размера на подводната част на съда и ъгловата скорост на въртене.По-нататъшното движение (циркулация) на кораба води до увеличаване на хидродинамичния натиск върху корпуса на кораба в кърмата, създавайки реактивна сила D с рамо към CG и момент, завъртащ кораба в посока, обратна на извикания завой. затихване , следователно въртящият момент на циркулацията се състои от:
Mob = Mr + Mp – Md
Тираж – криволинейна траектория на движение на центъра гравитацията на плавателния съд при пресичане добре кормилно тяло , се характеризира с критерия за маневреност чрез съотношението на тактическия циркулационен диаметър към дължината на кораба Dt/L И има периоди:
Маневрена– от изместване на руля до началото на завоя на плавателния съд, под влияние на изместения рул.
Еволюционен– от началото на завоя до промяна на курса с 90 градуса спрямо първоначалния. През този период ъгловата скорост на завъртане се увеличава, плавателният съд се носи в обратна посока на завоя и скоростта на движение напред намалява.
Равномерна циркулация– след промяна на курса на 180 градуса. от първоначалната, съдът се движи по затворена траектория с постоянен диаметър Dc и постоянна транслационна ъглова скорост.
Циркулационни елементи:
Разширение – разстоянието между позициите на CG в момента на изместване и промяна на руля на 90 градуса. курс.
L1 (0,6 – 1,5 Dc)
Изместване напред - разстоянието, на което CG се измества при завъртане от 0 до 90 градуса. L2 (0,25-0,5Dc)
Обратно пристрастие – разстояние на преместване на CG в посока обратна на завоя (0.1Dc)
Обръщащ се стълб – въображаема точка на ДП или нейно продължение, около която в момента се извършва въртенето.
Ъгъл на дрейфа – ъгълът между вектора на линейната скорост Vt и DP на съда.
Диаметър на постоянна циркулация – разстоянието между позицията на CG, когато курсът се промени на 90 и 270 градуса от оригинала.
Тактически циркулационен диаметър – разстоянието между DP при курс 0 градуса. и посока 180 градуса.( 1,1 – 1,2 DHz)
Dt = L2 T/10Sp
Циркулацията зависи от характеристиките и качествата на кораба L, B, T, кормилата, скоростта, количеството и разположението на товара, крен и диферент, външни фактори. Данните от тестовете за управляемост и циркулация се въвеждат в таблицата на маневрените елементи на кораба, въвеждат се във формата за маневрени характеристики и в картата на пилота.
Таблицата на маневрените елементи на кораба включва:
1. циркулационни елементи таблични и криви
2. Таблици и графики на скоростта и оборотите на задвижване
3. Размери на съда
4. Инерционни характеристики в различни режими
5. Таблица на газенето и слягането на съда
6. Еволюция на тревожността „човек зад борда“.
1-4 в баласт и заредени.
По темата на тази лекция се провежда 4-часово практическо занятие № 2.2
Лекция № 2.2 (2 часа). ТЕМА: Влияние на кормилните устройства върху управляемостта на плавателния съд.По тази тема ще се проведе 2-часова сесия. лабораторна работа №2.1