دو جزوه کنکوری با دو مولف که به مباحث نکات کنکوری و تشریحی می پردازد با 45 صفحه
جزوه کنکوری فیزیک فصل دینامیک
دو جزوه کنکوری با دو مولف که به مباحث نکات کنکوری و تشریحی می پردازد با 45 صفحه
چکیده:
هدف این متن تکنیکی برای فهمیدن اینکه چرا ناپایداری میتواند ظاهر شود و از طرف دیگر برای پیدا کردن علتهای اصلی و اثرات ناپایداری است. این متن اقدامات پیشگیرانهً لازم و بوجود آوردندهً استحکام را توضیح میدهد و چگونگی هدایت یک مطالعه خاص را توصیف میکند.
پایداری دینامیک یکی از مبحثهای مهم و حیاتی در بهره برداری از شبکه های توزیع، فوق توزیع و انتقال می باشد که جهت توسعه و تداوم استفاده از شـــبکه باید همواره آنرا مد نظر داشت و بر طبــق تکنولوژیهای جدید روز، عملکرد حفاظتی و پیشگیرانه آنرا بهبود بخشیم. محاســبات و طراحی یک شبکه با در نظر گرفتن پایداری دینامیک بسیار پیچیده و مشکل است که امروزه توسط کامپیوتر انجــــام می گیرد.
اتو چنج اور:در بعضی قسمتهای شبکه پالایشگاه مانند باس بار اضطراری 400 ولت که دارای یک خط ورودی از ژنراتور دیزل اضطراری EDG ( Emergency Diesel Generator ) و یک خط ورودی از شبکه نرمال 400 ولت می باشد، چون نیازی به تغذیهً همزمان دو خط نیست و باس بار باید فقط توسط یک خط ورودی تغذیه شود، از سیستمی بنام اتوماتیک چنج اور استفاده شده است که با کمی تفاوت عملکردی مثل اتوترانسفر دارد.
نیروی آیرودینامیک به عنوان یکی از نیروهای مقاوم وارد از طرف جاده شناخته می شود . نیروی آیرودینامیک وارد بر خودرو ، با نیروی دراگ و نیروی بالابرنده یا پایین برنده ، گشاور دورانی ، پیچشی و چرخشی و صدا اثر متقابل دارد . این نیروها بر مصرف اقتصادی سوخت ، کنترل کردن خودروو NVH بسیار موثرند .
نیروهای آیرودینامیکی روی خودرو از دو منبع نیروی فشار (دراگ) و اصطکاک چسبنده (گران رو) به وجود می ایند . در ابتدا مکانیک جرین هوا به منظور تشریح ماهینت جریان اطراف بدنه خودرو بررسی می شود سپس ساختار طراحی خودرو برای نمایش اثر کیفی کارکرد آیرودینامیکی مورد مطالعه قرار می گیرد .
مکانیک جریان هوای اطراف خودرو
توده جریان هوای روی بدنه یک خودرو از رابطه بین سرعت و فشار در معادله برنولی به دست می آید .
در فاصله دور از خودرو ، فشار استاتیکی هوا همان فشار محیطی یا فشار با رومتری یا فشار اتمسفری است . فشار دینامیکی به وسیله رابطه سرعت مربوط به دست می آید . رابطه ای که برای تمام خطوط جریان هوایی که به خودرو نزدیک می شوند صادق است . بنابراین فشار کل برای تمام خطوط جریان هوا ثابت است و برابر است با . هنگامی که جریان هوا به خودرو نزدیک می شود توده جریان هوا شکافته می شود که قسمتی به بالای خودرو و بقیه به زیر می روند . در نتیجه یک خط جریان مستقیما به بدنه برخورد می کند و به آن می چسبد (همان جریانی که با سپر خودرو بر خورد کرده ) و سرعت جریان به صفر میل می کند . با سرعت صفر ، فشار استاتیکی در آن نقطه از خودرو برابر خواهد بود و در صورتی که فشار ضربه وارد در این نقطه از خودرو صفر باشد فشار استاتیکی برابر فشار کل خواهد بود .
در نظر بگیرید چه اتفاقی برای جریان روی کاپوت می افتد . در ابتدا خطوط جریان به طرف بالا هدایت می شوند و انحناء خطوط جریان به صورت مقعر به سمت بالاست . در فاصله ای از بالای خودرو برای نیروهای آیرودینامیکی می توان در معادهل برنولی جریان هوا را غیر متراکم فرض کرد در حالی که رابطه مناسب برای جریان هوای متراکم معادله اول است .
این رابطه از به کار بردن قانون دوم نیوتن برای یک پیکر قابل رشد ، و از جریان سیال در یک مدل مناسب به دست آمده است . رفتار معقول (خوش رفتاری) به این معنی است که حرکت جریان هوا به آرامی صورت گیرد و اصطکاک ناچیز و جزئی باشد . برای جریان هوای نزدیک خودروی موتوری می توان از این فرض استفاده کرد . این معادله از مجموع نیروهایی که اثر فشاری روی ناحیه های مختلفی از بدنه سیال دارند به دست آمده است که این اندازه حرکت با تغییر آهنگ زمانی بر حسب سرعت بیان می شود .
هنگامی که جریان هوا به خودرو نزدیک می شود معادله برنولی بیان می کند که مقدار فشار استاتیکی به عالوه فشار دینامیکی هوا مقدار مشخص خواهد بود . تصور کنید که خودرو ساکن است و هوا حرکت می کند (مثل تونل باد) جریان هوا در امتداد خطوطی حرکت می کند که خط جریان نامیده می شود .
خطوط جریان یک دسته خطوطو هوا به شکل لوله جریان هوا هستند . جریان دود د رتونل باد به مرئی شدن لوله های جریان هوا کمک می کند .
در جایی که خطوط جریان مستقیم هستند فشار استاتیکی برابر با فشار محیط خواهد بود . به این خاطر که خطوط جریان به سمت بالا انحنا پیدا کرده اند و برای جلوگیری از نیرویی که مسیر جریان هوا را به سمت بالا هدایت می کند فشار استاتیکی آن نقاط از فشار محیط بیشتر خواهد بود .
ار گفشار استاتیکی بیشتر باشد سرعت کاهی یابد . بر عکس هنگامی که جریان روی کاپوت حرکت می کند (قیمت پایینی انحناء لبه کاپوت) فشار باید از فشار محیط کمتر باشد زیرا جریان هوا انحناء پیدا کرده و سرعت افزایش می یابد . این نقاط در شکل 2 به تصویر کشیده شده اند و جریان هوای اطراف استوانه ای را نشان می دهد .
معادله برنولی چگونگی تغییرات فشار و سرعت را برای توده ی جریان هوای روی بدنه خودرو توضیح می دهد . در صورت عدم وجود نیروی اصطکاک جریان هوا به راحتی از بالای سقف خودرو حرکت کرده و از پشت خودرو پائین می آید و تغییرات فشار در اثر سرعت همان طوری که در جلوی خودرو اتفاق افتاده بود انجام می گیرد .
در این حالت نیروی فشار در پشت خودرو دقیقا معادل نیروی جلو خواهد بود که موجب تولید نیروی مقاوم دراگ می شود .
در شکل 3 به جریان یکنواختی که به لبه تیز بدنه نزدیک می شود توجه کنید .
نزدیک به بدنه تمام لایه های هوا دارای سرعت یکسان هستند ( در نظر بگیرید که جریان آرام خوش رفتار است ) هنگامی که جریان از روی بدنه می گذرد و به سطح برخورد می کند به علت اصطکاک سطح سرعت به سمت صفر کاهش پیدا می کند .
بنابراین بروفیل سرعت نزدیک سطح گسترش می یابد و برای بعضی از فواصل سرعت از سرعت جریان اصلی هم کمتر است . منطقه ای که سرعت در آن کاهش یافته ، به ناحیه لایه مرزی معروف است . لایه مرزی با ضخامت صفر شروع به تشکیل کرده و در طول بدنه افزایش می یابد در ابتدا این جریان از نوع جریان آرام است ولی ناگهان تبدیل به جریان آشفته می شود.
توزیع فشار روی خودرو
یک مکانیزم کلی برای توزیع فشار استاتیکی در امتداد بدنه خودرو در نظر گرفته می شود .ش کل 5 نشان دهنده اندازه گیری تجربی فشار عمودی روی سطح است . فشارهای منفی یا مثبت با توجه به فشار محیطی در روی بعضی از نقاط خودرو مشخص شده اند .
هنگامی که جریان هوا روی خودرو می چرخد و به صورت افقی در طول کاپوت حرکت می کند ، فشار منفی بر روی قسمت لبه جلویی کاپوت خودرو ایجاد می شود . گرادیان فشار مخالف در این منطقه دارای این توانایی است که جریان لایه مرزی را که موجب به وجود آمدن نیروی دراگ در این ناحیه می شود ساکن کند . در چند سال گذشته نصب قطعه کوچکی در جلوی خط کاپوت دارای ارجحیت بوده زیرا موجب جلوگیری از جداشدن جریان در روی کاپوت و کاهش نیروی دراگ می شود .
نزدیک برف پاکن ها و جلوی اتاق خودرو جریان باید به طرف بالا خم شود ؛ بنابراین فشار زیادی تولید می شود این منطقه فشار قوی منطقه مناسبی برای دخالت هوا در سیستم های کنترل هوا یا ورودی هوا به طرف موتور است و در گذشته برای این منظور در اکثر خودروها از این منطلب استفاده می شده است .
فشار زیاد همراه با سرعت کم در این منطقه ایجاد می شود و موجب می شود که برف پاکن ها از گزند نیروی آیرودینامیک در امان باشند . در بالای سقف خودرو هنگامی که جریان از خط سقف عبور می کند فشار دوباره منفی می شود .
یک نمونه کلی برای جریان هوا بر روی خودرو و اطراف آن در شکل 6 نشان داده شده است . جریان اطراف خودرو به سمت منطقه کم فشار در قسمت عقب کشیده می شود و ترکیب این جریان با جریانی که از سقف عبور می کند باعث ایجاد جریانهای حلقوی عقب خودرو می شود .
انتخاب شیب اتاق عقب و همچنین طول صندوق عقب خودرو ، رابطه مستقیمی با نیروی آیرودینامیکی – که از طریق نقطه جدایش ایجاد می شود – دارد . جدایی باید در نقاط مشخص و محدودی روی دهد هر چند این ناحیه کوچکتر باشد نیروی مقاوم کمتر می شود . به صورت تئوری یک شکل ایده آل برای عقب خودرو از نظر ایرودینامیکی شکلی شبیه به قطره اشک است .
این شکل مثل یک مخروط است که راس ان زاویه ای کمتر از 15 درجه یا برابر 15 درجه داشته باشد . این نکته در دهه 1930 کشف شد . به خاطر اینکه نوک مخروط بسیار کوچک است انتهای خودروی ایده آل بدون ناحیه جدایی بزرگی برش زده می شود .
با صاف کردن شکل انتهای خودرو ، ارتفاع برای صندلی عقب بیشتر می شود بدون اینکه نیروی دراگ قابل ملاحظه ای تولید شود . اسم این مشخصه از عبارت « کام بک » به دست آمده است . از آنجایی که اندازه منطقه جدایش روی نیروی مقاوم آیرودینامیک تاثیر مستقیم دارد دامنه جریانی که به قسمت عقب خودرو و برای چرخش به سمت پائین آن فشار می آورد بر نیروی بالا برنده آیرودینامیکی در عقب تاثیر می گذارد . شکل (8-4) اثر نیروی آیرودینامیکی بالا برندهن را نشان می دهد که بر روی عقب خودرو تاثیر می گذارد . شکل 7 اثر نیروی آیرودینامیکی بالا برنده و نیروی دراگ را برای انواع مختلف خودرو نشان می دهد . کنترل جریانی که منطقه جدایش را کاهش می دهد موجب تولدی نیروی آیرودینامیکی بالا برنده بیشتری در عقب خودرو می شود زیرا همان طور که جریان کاهش می یابد فشار هم کم می شود .
پدیده جدایش که در لبه عقبی سقف اتفاق می افتد شدیدا به شکل جایی که اتفاق می افتد و زاویه اتاق عقب بستگی دارد . برای شکل سمت چپ لبه تیز در روی خط سقف باعث گسترش جدایی در این محل می شود هنگامی که یک مرز جدایی کامل و مشخص به کوچک شدن مخروط ایرودینامیک کمک کند با دخالت اتاق عقب در منطقه جدایی میزان نشست گرد و غبار روی شیشه ها افزایش می یابد . در حالی که خودرویی که در سمت راست قرار دارد از نظر زاویه اتاق عقب نیز مناسب است به آرامی جریان هوا را به عقب سقف انتقال می دهد و علاوه بر این یک صندوق عقب کوچک باعث می شود که جریان هوا از اطراف خودرو به پائین بیاید . منطقه جدایی کاملا به وسیله کناره های تند و تیز انتهای صندوق مشخص می شود و به ثبات منطقه جدایی و کوچک کردن شکل مخروط کمک می کند با این طراحی مفقط چراغهای عقب در معرض گردو خاک جاده است .
نیروهای آیرودینامیکی
در نتیجه عکس العمل متقابل بدنه خودرو و جریان هوا نیروها و گشتاورها ایجاد می شوند . این نیروها را می توان به صورت سینماتیک به عنوان سه ینرو و سه گشتاور مانند شکل 9مشخص کرد که این گشتاور ها و نیروها حول محورهای اصلی خوردو عمل می کنند . این عکس العملها به شرح زیراند .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 26 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دینامیک ذره: مختصات های مستطیلی (متعامد)
1. 12: در این فصل دینامیک (کینماتیک و کینتیک) ذره را در سیستم مختصات مستطیلی مطالعه می کنیم. بحث محدود به تک ذره ای ها می باشد و محورهای مختصات ثابت فرض می گردند؛ یعنی، حرکت نمی کنند. دینامیک دو یا چند ذره متعامل و کینماتیک حرکت نسبی در این فصل شامل می شوند.
تعریف متغیرهای کینماتیکی اساسی (موقعیت، سرعت و شتاب) که در فصل قبلی نشان داده شدند ترجیحی برای سیستم مختصاتی ایجاد ننمودند. بنابراین؛ این تعاریف درهر چهار چوب مرجع ثابتی عملی هستند. معهذا، سیستم مختصات خاصی زمانی که می خواهیم حرکت را توصیف نمائیم ضروری می باشد. در این جا ساده ترین نوع از تمام چهارچوب های مرجع را بکار می گیریم: سیستم مختصات کارتزی. گرچه مختصات های مستطیلی می توانند در حل هر مسئله ای مورد استفاده قرار گیرند، ولی برای چنین کاری همیشه مناسب نمی باشند. غالباً سیستم های مختصات منحنی خطی توصیف شده در فصل بعدی منجر به تحلیل آسان تر می گردند.
مختصات های مستطیلی طبیعتاً برای تحلیل حرکت در امتداد مستقیم یا حرکت منحنی که می تواند با فرا موقعیت حرکت های در امتداد خط مستقیم تعریف گردد، مثل پرواز پرتابه مناسب است. این دو کاربرد بدنه این فصل را تشکیل می دهند.
مسأله مهمی از کینماتیک درتحلیل حرکت در امتداد خط مستقیم ارائه می شود به معلوم بودن شتاب زده، سرعت و موقعیت آن را تعیین میکنند. این کار که برابر با حل معادله دیفراسیلی درجه دوم می باشد. بطور تکراری در سرتاسر دینامیک اهمیت عملی بزرگی می باشد زیرا معادلات نمی توانند همیشه بوسیله تحلیلی انتگرال گیری شوند.
2. 12 کینماتیک
شکل (a) 1-12 مسیر ذره A رانشان می دهد که درچهارچوب مرجع مستطیلی ثابتی حرکت می نماید. با درنظر گرفتن k, j, I به عنوان بردارهای پایه (بردارهای یکه)، بردار موقعیت ذره می تواند به شکل ذیل نوشته شود.
(1-12)
که x و y و مختصات های مستطیلی وابسته زمانی ذره هستند.
بابکارگیری تعریف سرعت، معادله (10-11) و مشتق گیری قاعده زنجیره ای، معادله (4. 11) ذیل را بدست می آوریم.
از این که محورهای مختصات ثابت هستند، بردارهای پایه ثابت باقی می مانند که
بنابراین سرعت به شکل ذیل می گردد که مولفه های مستطیلی، نشان داده شده در شکل (a) 1-12 به شکل ذیل می باشند.
همین طور تعریف شتاب، معادله (13. 11) ذیل را حاصل می سازد.
بنابراین شتاب به شکل زیر می باشد
با مولفه های مستطیلی (متعامد) [شکل (b) (1. 12) را نگاه کنید]
a. حرکت صفحه ای
حرکت صفحه ای در کاربردهای مهندسی برای تضمین کردن توجه خاص اغلب به حد کافی اتفاق می افتد. شکل (b) 2-12 مسیر ذره A را نشان می دهد که در صفحه y و x حرکت می نماید. برای بدست آوردن مولفه های متعامد دو بعدی r وV و a در معادلات (5-12) – (1-12) را قرار می دهیم نتایج به شکل ذیل هستند.
شکل (b)2. 12 مولفه های مستطیلی (متعامد) سرعت را نشان می دهد. زاویه که جهت V را تعریف می نماید می تواند از ذیل بدست آید.
از این که شیب مسیر نیز برابر با است، می توانیم مشاهده کنیم که v مماس بر مسیر می باشد، نتیجه ای که در فصل قبلی اشاره گردید.
مولفه های مستطیلی (متعامد) a در شکل (c) 2-12 نشان داده می شوند. زاویه که جهت a را تعریف می نماید از ذیل بدست آید.
از این که عموما برابر با نیست، شتاب ضرورتاً مماس یرمسیر نمی باشد.
b. حرکت در امتداد خطی (درامتداد خط مستقیم)
اگر مسیر ذره خط مستقیمی باشد حرکت در امتداد خط مستقیم نامیده می شود. نمونه حرکت در امتداد خط مستقیم که در آن ذره A در امتداد محور x حرکت میکند. در شکل 3. 12 نشان داده می شود. در این حالت y=0 را درمعادلات (12-6) و (12.7) قرار می دهیم و r=xi و V=rxi و a=axi را بدست می آوریم. هر یک از این بردارها در امتداد مسیر حرکت جهت می یابند (یعنی حرکت یک بعدی است) از این رو اندیس ها دیگر لازم نمی باشند، معادلات برای حرکت در امتداد خط مستقیم یعنی در امتداد محور x معمولاً به شکل ذیل نوشته می شوند
(12.8)
(12.9)
در بعضی مسائل، بیان کردن شتاب بر حسب سرعت و موقعیت به جای سرعت و زمان مناسب تر می باشد. این تغییر متغیر می تواند با قاعده مشتق گیری زنجیره ای صورت پذیرد:
با ملاحظه این که می توانیم رابطه ذیل را بدست آوریم
مسأله نمونه (1. 12)
موقعیت ذره ای که در امتداد محور x حرکت می کند با تعریف میگردد t برحسب ثانیه می باشد. برای فاصله زمانی t=0 تا t=3، (1) موقعیت، سرعت و شتاب را به عنوان توابع زمان رسم نمائید؛ (2) فاصله ای را که طی می گردد را محاسبه کنید (3) جابه جایی ذره را معین کنید.
حل:
قسمت اول:
از این که حرکت بر روی خط راست می باشد شتاب و سرعت به شکل ذیل محاسبه میشود .
این توابع را در شکل (c)- (a) بالای فاصله زمانی معین t=0 تا t=3 رسم می نمائیم. توجه نمائید که رسم x سهمی است، بنابراین مشتق گیری های متوالی تابع خطی برای سرعت و مقدار ثابت برای شتاب حاصل می نماید. زمان مطابق، مقدار حداکثر (یا حداقل) x با قرار دادن یا با بکارگیری معادله b پیدا می گردد.V=-6t+12=0 که t=2S را می دهد. با جایی گزینی t=0 معادله (a) ذیل حاصل می گردد.
قسمت 2:
شکل d نشان می دهد که چگونه ذره طی فاصله زمانی t=0 تا t=2 حرکت می نماید. زمانی که t=0 است ذره A(x=-6ft) را ترک می گوید و به راست حرکت می کند. زمانی که t=2 است ذره در B(x=6ft) متوقف می گردد. سپس آن بطرف چپ حرکت می نماید، زمانی که t=3s به نقطه (x=3ft) می رسد بنابراین؛ مسافت طی شده برابر با فاصله ای است که نقطه به طرف راست حرکت می کند بعلاوه فاصله ای که آن به طرف چپ حرکت می نماید که ذیل را می دهند.
قسمت 3:
جابه جایی طی فاصله زمانی t=0 تا t=3 بردار ترسیم شده از موقعیت اولیه نقطه ، (t=3) می باشند. این بردار، نشان داده شده در شکل C به شکل ذیل می باشد.
ملاحظه نمائید که فاصله کلی طی شده (15ft) بزرگتر از مقدار عددی بردار جابه جایی (9 ft) می باشد زیرا جهت طی این فاصله زمانی تغییر می نماید.
مسأله نمونه 2. 12
پیچ در انتهای میله تلسکوپ در شکل (a) در امتداد مسیر سهمی ثابت میلغزد که x و y برحسب میلی متر اندازه گیری می شوند. مختصات y نقطه بر طبق با زمان (برحسب ثانیه) تغییر می نماید. زمانی که y=30mm، بردار سرعت p را محاسبه کنید و (z) شتاب بردار p را حساب نمائید.
حل:
قسمت اول:
با جای گذاری
در معادله مسیر و حل برای x، ذیل را بدست می آوریم.
بنابراین مولفه های متعامد (مستطیلی) سرعت عبارت اند از:
با قراردادن در معادله (a) و حل برای t می دهد t=2.090. با جایگزینی این مقدار زمان در معادلات (c)، (d) ذیل بدست می آوریم.
در نتیجه بردار سرعت در y=30mm به شکل زیر می باشد.
نمایش تصویری این نتیجه را شکل زیر و نیز در شکل (b) نشان داده می شود با ارزیابی شیب مسیر در y=30mm تایید کردن این که بردار سرعت مماس شده در فوق در واقع مماس بر مسیر می باشد، آسان است.
قسمت 2:
از معادلات (c) و (d) می توانیم مولفه های مشتق گیری بردار شتاب را معین کنیم.
با جایگزینی t=2.090s بدست می آید.
بنابراین بردار شتاب در y=30mm به شکل زیر می باشد.
نمایش تصویری a به شکل ذیل است.
از ترسیم بردار شتاب در شکل (b) ملاحظه می کنیم که جهت مماس با مسیر نمی باشد.
مسأله نمونه 3. 12
مختصات های متعامد توصیف کننده حرکت فضائی نقطه ای عبارت اند از:
که R و w ثابت هستند (1)با محاسبه مقدارعددی بردار موقعیتr بر روی کره به شعاع R و به مرکز مبداسیستم مختصات قرار می گیرد ، (2) مولفه های مسطتیل را معین سازید و مقادیر عددی بردارهای سرعت و شتاب را تعیین نمایئد .
راه حل
قسمت (1) :
مقدار عددی بردار موقعیت می تواند با استفاده از محاسبه گردد .با جایگزینی در عبارات برای مختصات های متعامد بدست خواهیم اورد.
با استفاده از فرمول های
خواهیم داشت:
از این که مقدار عددی بردار موقعیت برابر با R ثابت است، میسر بر روی کره با این شعاع و بر مرکز مبدأ سیستم قرار میگیرد .مولفه هایv می تواند با مشتق گیری عبارات داده شده برای مختصات های مستطیلی (متعامد) پیدا شوند.
بنابراین:
در واقع مقدار عدد (بزرگی) بدست می آید.
مولفه های بردار شتاب عبارتند از :
که از آن ها
بنابراین مقدار a به شکل زیر است:
مسأله نمونه 4-12
بادامک دایروی شکل به شعاع R=16mm در o می چرخد. بنابراین خروج از مرکز را ایجاد می نماید. با استفاده از شکل هندسی، می توان نشان داد که رابطه بین x، مختصات موقعیت پیگیر A و زاویه به شکل زیر می باشد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 21 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید