Механизмы создания движущей силы.

Введение

Средства создания силы, приводящей к движению

Движение – это создание силы посредством любой комбинации толкания или тяги для изменения поступательного движения объекта, который обычно является твердым телом (или сочлененным твердым телом), но также может относиться к жидкости. Термин происходит от двух латинских слов: pro, означающего «перед» или «вперед», и pellere, означающего «приводить в движение». Двигательная система состоит из источника механической энергии и движителя (средства преобразования этой энергии в движущую силу). Защипывание струны гитары для создания колебательного поступательного движения технически является формой движения струны; это обычно не рассматривается в данной терминологии, хотя мышцы человека рассматриваются как приводящие в движение кончики пальцев. На движение объекта в гравитационном поле влияет само поле, и в некоторых системах отсчета физики говорят о том, что гравитационное поле создает силу, действующую на объект. Однако по глубоким теоретическим причинам физики теперь рассматривают искривленную траекторию объекта, свободно движущегося в пространстве-времени под действием гравитации, как естественное движение объекта, не подверженное движущей силе (с этой точки зрения, падающее яблоко считается неподвижным, а наблюдатель, стоящий на земле, считается движимым реактивной силой поверхности Земли). Биологические двигательные системы используют мышцы животного в качестве источника энергии, а конечности, такие как крылья, плавники или ноги, в качестве движителей. Технологическая система использует двигатель или мотор в качестве источника энергии (обычно называемый силовой установкой) и колеса с осями, винты или сопло для создания силы. Для соединения двигателя с осями, колесами или винтами могут потребоваться такие компоненты, как сцепления или коробки передач. Технологическая/биологическая система может использовать мускульную силу человека или обученного животного для привода механического устройства. Малые объекты, такие как пули, движущиеся на высокой скорости, известны как снаряды; более крупные объекты, движущиеся на высокой скорости, часто по баллистической траектории, известны как ракеты или снаряды. Воздействие на вращательное движение также технически является формой движения, но в разговорной речи автомобильный механик может предпочесть описывать горячие газы в цилиндре двигателя как приводящие в движение поршень (поступательное движение), который вращает коленчатый вал (вращательное движение), коленчатый вал затем вращает колеса (вращательное движение), а колеса приводят автомобиль в движение вперед (поступательное движение). В обычной речи движение чаще ассоциируется с пространственным перемещением, чем с локально ограниченными формами движения, такими как вращение или вибрация. Например, внутренние напряжения во вращающемся бейсбольном мяче заставляют его поверхность двигаться по синусоидальной или спиральной траектории, что не произошло бы без этих внутренних сил; эти силы соответствуют техническому определению движения из ньютоновской механики, но обычно о них не говорят в таком контексте.

Propulsion is the generation of force by any combination of pushing or pulling to modify the translational motion of an object, which is typically a rigid body (or an articulated rigid body) but may also concern a fluid. The term is derived from two Latin words: pro, meaning before or forward; and pellere, meaning to drive. A propulsion system consists of a source of mechanical power, and a propulsor (means of converting this power into propulsive force). Plucking a guitar string to induce a vibratory translation is technically a form of propulsion of the guitar string; this is not commonly depicted in this vocabulary, even though human muscles are considered to propel the fingertips. The motion of an object moving through a gravitational field is affected by the field, and within some frames of reference physicists speak of the gravitational field generating a force upon the object, but for deep theoretic reasons, physicists now consider the curved path of an object moving freely through space time as shaped by gravity as a natural movement of the object, unaffected by a propulsive force (in this view, the falling apple is considered to be unpropelled, while the observer of the apple standing on the ground is considered to be propelled by the reactive force of the Earth's surface). Biological propulsion systems use an animal's muscles as the power source, and limbs such as wings, fins or legs as the propulsors. A technological system uses an engine or motor as the power source (commonly called a powerplant), and wheels and axles, propellers, or a propulsive nozzle to generate the force. Components such as clutches or gearboxes may be needed to connect the motor to axles, wheels, or propellers. A technological/biological system may use human, or trained animal, muscular work to power a mechanical device. Small objects, such as bullets, propelled at high speed are known as projectiles; larger objects propelled at high speed, often into ballistic flight, are known as rockets or missiles. Influencing rotational motion is also technically a form of propulsion, but in speech, an automotive mechanic might prefer to describe the hot gasses in an engine cylinder as propelling the piston (translational motion), which drives the crankshaft (rotational motion), the crankshaft then drives the wheels (rotational motion), and the wheels propel the car forward (translational motion). In common speech, propulsion is associated with spatial displacement more strongly than locally contained forms of motion, such as rotation or vibration. As another example, internal stresses in a rotating baseball cause the surface of the baseball to travel along a sinusoidal or helical trajectory, which would not happen in the absence of these interior forces; these forces meet the technical definition of propulsion from Newtonian mechanics, but are not commonly spoken of in this language.

Двигательная установка

Система силовой установки воздушного судна обычно состоит из авиационного двигателя и средств создания тяги, таких как воздушный винт или реактивное сопло. Система силовой установки должна обеспечивать две вещи. Во-первых, тяга, создаваемая силовой установкой, должна компенсировать сопротивление воздуха при крейсерском полете. Во-вторых, тяга силовой установки должна превышать сопротивление воздуха для разгона самолета. Чем больше разница между тягой и сопротивлением, называемая избыточной тягой, тем быстрее самолет будет разгоняться. Недавние разработки двигателей, работающих на сжиженном природном газе (СПГ), получают признание благодаря низким выбросам и экономическим преимуществам.

Пространство

Космическая двигательная установка – это любой метод, используемый для разгона космических аппаратов и искусственных спутников. Существует множество различных методов. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества, и разработка космических двигательных установок является активной областью исследований. Однако большинство космических аппаратов сегодня приводятся в движение за счет выброса газа из задней части аппарата на очень высокой скорости через сверхзвуковое сопло Лаваля. Такой двигатель называется ракетным. Все современные космические аппараты используют химические ракеты (на двухкомпонентном или твердом топливе) для запуска, хотя некоторые (например, ракета Pegasus и SpaceShipOne) использовали воздушно-реактивные двигатели на первой ступени. Большинство спутников оснащены простыми и надежными химическими двигателями (часто монодвигательными ракетами) или резистоджетными двигателями для поддержания орбиты, а некоторые используют маховики для управления ориентацией. Спутники стран Варшавского договора десятилетиями использовали электрическую тягу, а новые западные геостационарные космические аппараты начинают применять ее для поддержания орбиты в плоскости север-юг и подъема на орбиту. Для межпланетных перелетов в основном используются химические ракеты, хотя некоторые аппараты успешно применяли ионные двигатели и двигатели Холла (два различных типа электрической тяги).

Кабель

Канатная дорога – это любая из различных транспортных систем, использующих тросы для перемещения транспортных средств или их опускания с постоянной скоростью. Этот термин также относится к самим транспортным средствам этих систем. Вагонетки канатной дороги не имеют собственного двигателя и приводятся в движение тросом, который вращается двигателем, расположенным вне вагонетки.

Животное

Локомоция животных, представляющая собой акт самодвижения, проявляется в различных формах, включая бег, плавание, прыжки и полёт. Животные перемещаются по разным причинам: для поиска пищи, партнёра или подходящей микросреды обитания, а также для избежания хищников. Для многих животных способность к передвижению жизненно важна для выживания, и в результате селективное давление сформировало методы и механизмы локомоции, используемые движущимися организмами. Например, мигрирующие животные, совершающие длительные перелёты или переходы (такие как крачка арктическая), обычно обладают механизмом локомоции, требующим очень малых энергетических затрат на единицу расстояния, в то время как немигрирующие животные, которым часто необходимо быстро перемещаться, чтобы уйти от хищников (например, лягушки), скорее всего, обладают энергозатратным, но очень быстрым способом передвижения. Изучение локомоции животных обычно рассматривается как подраздел биомеханики. Для передвижения требуется энергия для преодоления трения, сопротивления, инерции и гравитации, хотя во многих случаях некоторые из этих факторов незначительны. В наземной среде необходимо преодолевать гравитацию, в то время как сопротивление воздуха представляет собой меньшую проблему. Однако в водной среде трение (или сопротивление) становится основной проблемой, а гравитация – менее значимой. Хотя животным с естественной плавучестью не требуется тратить много энергии на поддержание вертикального положения, некоторые из них естественным образом тонут и должны затрачивать энергию, чтобы оставаться на поверхности. Сопротивление также может быть проблемой при полёте, что подтверждается аэродинамически эффективной формой тела птиц. Полёт представляет собой иную проблему, чем движение в воде, поскольку ни один живой организм не может иметь плотность ниже плотности воздуха. Безногие животные, передвигающиеся по суше, часто сталкиваются с поверхностным трением, но обычно не нуждаются в значительных затратах энергии для противодействия гравитации. Третий закон Ньютона широко используется в изучении локомоции животных: если животное находится в состоянии покоя, для движения вперёд оно должно оттолкнуть что-то назад. Наземные животные толкаются от твёрдой поверхности; плавающие и летающие животные толкаются от жидкости (воды или воздуха). Важно учитывать влияние сил, возникающих при локомоции, на строение скелетной системы, а также взаимодействие между локомоцией и физиологией мышц, определяющее, каким образом структуры и эффекторы локомоции обеспечивают или ограничивают движение животных.

Animal locomotion, which is the act of self propulsion by an animal, has many manifestations, including running, swimming, jumping and flying. Animals move for a variety of reasons, such as to find food, a mate, or a suitable microhabitat, and to escape predators. For many animals the ability to move is essential to survival and, as a result, selective pressures have shaped the locomotion methods and mechanisms employed by moving organisms. For example, migratory animals that travel vast distances (such as the Arctic tern) typically have a locomotion mechanism that costs very little energy per unit distance, whereas non migratory animals that must frequently move quickly to escape predators (such as frogs) are likely to have costly but very fast locomotion. The study of animal locomotion is typically considered to be a sub field of biomechanics. Locomotion requires energy to overcome friction, drag, inertia, and gravity, though in many circumstances some of these factors are negligible. In terrestrial environments gravity must be overcome, though the drag of air is much less of an issue. In aqueous environments however, friction (or drag) becomes the major challenge, with gravity being less of a concern. Although animals with natural buoyancy need not expend much energy maintaining vertical position, some will naturally sink and must expend energy to remain afloat. Drag may also present a problem in flight, and the aerodynamically efficient body shapes of birds highlight this point. Flight presents a different problem from movement in water however, as there is no way for a living organism to have lower density than air. Limbless organisms moving on land must often contend with surface friction, but do not usually need to expend significant energy to counteract gravity. Newton's third law of motion is widely used in the study of animal locomotion: if at rest, to move forward an animal must push something backward. Terrestrial animals must push the solid ground; swimming and flying animals must push against a fluid (either water or air). The effect of forces during locomotion on the design of the skeletal system is also important, as is the interaction between locomotion and muscle physiology, in determining how the structures and effectors of locomotion enable or limit animal movement.