დრეკადობის ძალები

სხეულის გაჭიმვისას ატომებს შორის მანძილი რამდენადმე იზრდება და მათ შორის მოქმედებას იწყებენ მიზიდვის ძალები. ეს ძალები ატომებს მიანიჭებენ აჩქარებას და აიძულებენ კვლავ წინანდელ მანძილზე დაუახლოვდნენ ერთმანეთს. მაგრამ, თუ სხეულს შევკუმშავთ და ამით ატომებს ერთმანეთს მივუახლოვებთ, აღიძვრება განზიდვის ძალები, რომლებიც აიძულებენ ატომებს დაშორდნენ ერთმანეთს და დაუბრუნდნენ წინანდელ მდებარეობას. ამრიგად, სხეულის გაჭიმვისას ან შეკუმშვისას მასში აღიძვრება ელექტრული ძალები, რომლებიც სხეულის პირვანდელ ზომებს აღადგენენ.

ასეთი აღმდგენი ძალები აღიძვრება აგრეთვე სხეულის ღუნვისას (სურ. 91) ან გრეხისას (სურ. 92), რადგან ამ შემთხვევებშიც იცვლება ატომების ურთიერთ მდებარეობა. გაჭიმვასა და შეკუმშვას, ღუნვასა და გრეხას სხეულის დეფორმაციას უწოდებენ. ცდა გვიჩვენებს, რომ ნებისმიერი სახის დეფორმაციისას (თუ იგი ძალიან დიდი არ არის) აღიძვრება ძალა, რომელიც სხეულს დეფორმაციამდელ მდგომარეობაში აბრუნებს. სწორედ ამ ძალას ეწოდება დ რ ე კ ა დ ო ბ ი ს  ძ ა ლ ა. უკვე  გავეცანით ძალებს, რომლებიც აღიძვრება ზამბარის დეფორმაციისას ახლა უკვე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ დრეკადობის ძალა აღიძვრება არა მარტო ზამბარის, არამედ ნებისმიერი სხეულის დეფორმაციისას; ყოველ სხეულს შეუძლია შეასრულოს ზამბარის როლი(!). რადგან დრეკადობის ძალა სხეულს საწყის მდგომარეობაში აბრუნებს, ამიტომ დეფორმაციისას იგი მიმართულია სხეულის ნაწილაკების გადაადგილების საპირისპიროდ. მაგალითად, თუ ერთი ბოლოთი დამაგრებულ ღეროს (სურ. 93, ა) ისე გავჭიმავთ, რომ მისმა  ნაწილაკებმა დამაგრებული ბოლოს მიმართ მარჯვნივ წაინაცვლონ (სურ. 93, ბ), აღიძვრება მარცხნივ მიმართული დრეკადობის ძალა. მაგრამ, თუ ღერო ისეა შეკუმშული, როგორც 93-ე, გ სურათზეა გამოსახული, მაშინ მისი ნაწილაკები მარცხნივაა წანაცვლებული, ხოლო დრეკადობის ძალა მიმართულია მარჯვნივ. დრეკადობის ძალა არის ის ძალა, რომელიც სხეულის დეფორმაციისას აღიძვრება და მიმართულია სხეულის ნაწილაკების გადაადგილების საპირისპიროდ. შემდგომ განვიხილავთ დრეკადობის dალებს, რომლებიც წარმოიქმნება მხოლოდ გაჭიმვის ან კუმშვის დეფორმაციისას. 93-ე სურათზე ღეროს სიგრძის ცვლილება, ღეროს წაგრძელება აღნიშნულია x-ით. 93-ე ბ, გ, სურათებიდან ჩანს, რომ როგორც ღეროს გაჭიმვისას, ისე შეკუმშვისას x არის აგრეთვე ღეროს დეფორმაციისას მისი თავისუფალი ბოლოს გადაადგილების ვექტორის გეგმილი X ღერძზე. ღეროს გაჭიმვისას გეგმილი დადებითია, შეკუმშვისას - უარყოფითი.

ჰუკის კანონი.  ცდების შედეგად გამოირკვა, თუ რა კავშირშია დრეკადობის ძალა მის გამომწვევ დეფორმაციასთან. აღმოჩნდა, რომ საკმაოდ მცირე (მცირე - თვით ღეროს სიგრძესთან შედარებით) წაგრძელებისას დრეკადობის ძალის ვექტორის მოდული პირდაპირპროპორციულია ღეროს თავისუფალი ბოლოს გადაადგილების ვექტორის მოდულისა. მაგრამ ამ ვექტორების გეგმილები X ღერძზე როგორც ვნახეთ (იხ.სურ. 93 ბ, გ), სხვადასსვა ნიშნისაა, ამიტომ ეს დამოკიდებულება მათემატიკურად შემდეგი ტოლობით გამოისახება:

(F_დრ)_x=-kx.                                     (1)

აქ  k არის პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც სხეულის (ან. ზამბარის) ს ი ხ ი ს ტ ე  ეწოდება. სიხისტე   დამოკიდებულია სხეულის (ზამბარის) ზომებსა და იმ მასალაზე, რისგანაც სხეულია დამზადებული.  SI  სისტემაში სიხისტის ერთეულია ნ ი უ ტ ო ნ ი  მ ე ტ რ ზ ე (ნ/მ). (1)  ფორმულა ჰუკის კანონს გამოსახავს: სხეულის (ზამბარის) დეფორმაციებისას წარმოქმნილი დრეკადობის ძალა პროპორციულია სხეულის (ზამბარის) წაგრdელებისა და მიმართულია დეფორმაციისას სხეულის ნაწილაკების გადაადგილების მიმართულების საპირისპიროდ. ნათქვამიდან ცხადია, რომ დრეკადობის ძალა დამოკიდებულია სხეულის ერთი ნაწილის კოორდინატებზე მეორის მიმართ.

დეფორმაციის  მიზეზი  მოძრაობაა

როგორ ჩნდება სხეულის დეფორმაცია? ავიღოთ ორი ურიკა, რომლებსაც წინ რბილი რეზინის ბურთულები აქვთ მიმაგრებული(სურ.94). ურიკები შემხვედრი მიმართულებით ისე ავამოძრაოთ, რომ ერთმანეთს შეეჯახონ. როცა ბურთულები ერთმანეთს შეეხებია ისინი

ფორმას შეიცვლიან–დეფორმირდებიან. ამავე დროს, თანდათან შემცირდება ურიკების სიჩქარე. ბოლოს და ბოლოს, ისინი მეყსეულად ჩერდებიან, შემდეგ კი უკუიქცევიან, ე.ი. კვლავ შეიძენენ აჩქარებას. ცხადია, აჩქარების მიზეზია დრეკადობის ძალა, რომელიც წარმოიქმნა ბურთულების დეფორმაციისას. როგორც ცდიდან ჩანს, ბურთულებმა იმიტომ განიცადეს დეფორმაცია, რომ ისინი შეხების შემდეგაც იმავე მიმართულებით განაგრძობდნენ მოძრაობას, სანამ დეფორმაციის შედეგად წარმოქმნილმა დრეკადობის ძალამ არ შეაჩერა ისინი. შემდეგ დეფორმირებულმა ბურთულებმა თავისი პირვანდელი ფორმის აღდგენისას ურიკები საპირისპირო მიმართულებით აამოძრავეს. როგორც კი ბურთულებში ფორმა აღიდგინეს, გაქრა დრეკადობის ძალა. მაშასადამე, შეიძლება ითქვას, რომ ბურთულას დეფორმაციის მიზეზი მისი ერთი ნაწილის მოძრაობა მეორის მიმართ, ხოლი დეფორმაციის შედეგია დრეკადობის ძალა.

თუ რეზინის ბურთულებს ფოლადის ბურთულებით შევცვლით და ცდას გავიმეორებთ, იმავე შედეგს მივიღებთ. ურიკები ერთმანეთს შეეჯახებიან, მეყსეულად შეჩერდებიან, ხოლო შემდეგ ეკუიქცევიან. ოღონდ, ამ შემთხვევაში ვერ შევამჩნევთ ბურთულების ფორმის შეცვლას - დეფორმაციას, მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ ბურთულები არ დეფორმირდნენ. ფოლადის ბურთულებიანი ურიკები ხომ ზუსტად ისევე იქცეეიან, როგორც რეზინის ბურთულებიანი ურიკები. მაგრამ ფოლადის ბურთულების დეფორმაცია ძალიან მცირეა და მისი შემჩნევა სპეციალური ხელსაწყოს გარეშე შეუძლებელია (ეს ნიშნავს, რომ ფოლადის ბურთულას სიხისტე გაცილებით მეტია, ვიდრე რეზინის ბურთულასი).

ხშირად შეუმჩნეველია არა მარტო დეფორმაციები, არამედ ის მოძრაობებიც, რომელთა შედეგადაც ხდება დეფორმაცია. მაგალითად, როდესაც ვუყურებთ მაგიდაზე დადებულ წიგნს (ან რაიმე ტვირთს), რა თქმა უნდა ვერ ვამჩნევთ, რომ მაგიდაცა და წიგნიც ოდნავ დეფორმირებულია. მაგრამ სწორედ თვალით შეუმჩნეველი მაგიდის დეფორმაცია წარმოქმნის დრეკადობის ძალას, რომელიც ვერტიკალურად ზევითაა მიმართული და აწონასწორებს დედამიწის მიერ წიგნზე მოქმედ მიზიდვის ძალას. ამიტომაა წიგნი უძრავი. როდესაც მაგიდაზე წიგნს ვდებთ, იგი დედამიწის მიზიდულობის ძალის მოქმედებით, ისევე როგორც ყოველი ვარდნილი სხეული, ვერტიკალურად ქვევით ამოძრავდება. სწორედ ასეთი მოძრაობისას გადააადგილებს წიგნი ნაწილაკებს, რომლებისგანაც შედგება მასთან შემხები მაგიდის ნაწილი. მაგიდა დეფორმირდება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება დრეკადობის ძალა, რომელიც სიდიდით დედამიწის მიერ წიგნზე მოქმედი მიზიდულობის  ძალის ტოლია და ზევითაა მიმართული.  თუ წიგნს ან სხვა სხეულს რეზინის რბილ სადგამზე დავდებთ, შეუიარაღებელი თვალითაც კი დავინახავთ მის გადაადგილებასაც და რეზინის სასრულ დეფორმაციასაც (სურ. 95). იგივე შეიძლება ითქვას საკიდლის მოქმე-დების შესახებაც (სურ. 96, ა, ბ). მთელ რიგ შემთხვევებში კარგად ჩანს დრეკადობის ძალის წარმომქმნელი დეფორმაციები. კარგად ჩანს სპირალური ზამბარისა და რეზინის ზონრის წაგრძელება. სწრაფი კინოგადაღების მეშვეობით შესაძლებელია ბურთის დეფორმაციის დანახვა ფეხის დარტყმისას. თავის სფერულ ფორმას კარგავს ჩოგბურთის ბურთიც ჩოგანის დარტყმისას.

დრეკადობის ძალას, რომლითაც სხეულზე მოქმედებს საყრდენი ან საკიდელი, ხშირად უწოდებენ საყრდენის რეაქციის ძალას ან საკიდელის რეაქციის ძალას (საკიდელის დაჭიმულობას).

განხილული მაგალითებიდან ჩანს, რომ დრეკადობის ძალა წარმოიქმნება ურთიერთქმედი სხეულების შეხებისას. ცხადია, დეფორმირდება ორივე სხეული. დრეკადობის ძალის მნიშვნელოვანი თავისებურება ისაა, რომ იგი მიმართულია ურთიერთქმედი სხეულების შეხების ზედაპირის მართობ ხოლო თუ ურთიერთქმედებაში მონაწილეობენ ისეთი სხეულები, როგორიცაა გაჭიმული ან შეკუმშული ზამბარები, მაშინ დრეკადობის ძალა მათი ღერძების გასწვრივაა მიმართული.