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 может также относиться к жидкости . [1] Термин происходит от двух латинских слов: pro , что означает «перед» или «вперед» ; и pellere , что означает «двигать» . [2] Двигательная система состоит из источника механической энергии и движителя (средства преобразования этой энергии в движущую силу).
Защипывание струны гитары для того, чтобы вызвать вибрационное перемещение, технически является формой движения струны гитары; это обычно не описывается в этом словаре, хотя считается, что человеческие мышцы приводят в движение кончики пальцев. Движение объекта, движущегося через гравитационное поле, находится под влиянием поля, и в некоторых системах отсчета физики говорят о гравитационном поле, создающем силу на объекте, но по глубоким теоретическим причинам физики теперь рассматривают изогнутую траекторию объекта, свободно движущегося через пространство-время, как сформированную гравитацией, как естественное движение объекта, не затронутое движущей силой (с этой точки зрения падающее яблоко считается недвижимым, в то время как наблюдатель яблока, стоящий на земле, считается движущимся реактивной силой поверхности Земли).
Биологические двигательные системы используют мускулы 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 ), а также колеса и оси , пропеллеры или пропульсивное сопло для создания силы. Для соединения двигателя с осями, колесами или пропеллерами могут потребоваться такие компоненты, как муфты или коробки передач . Технологическая/биологическая система может использовать мышечную работу человека или обученного животного для питания механического устройства.
Небольшие объекты, такие как пули , движущиеся с большой скоростью, называются снарядами ; более крупные объекты, движущиеся с большой скоростью, часто по баллистической траектории , называются ракетами или снарядами .
Влияние на вращательное движение также технически является формой движения, но на языке автомеханик может предпочесть описывать горячие газы в цилиндре двигателя как движущие поршень (поступательное движение), который приводит в движение коленчатый вал (вращательное движение), затем коленчатый вал приводит в движение колеса (вращательное движение), а колеса движут автомобиль вперед (поступательное движение). В обычной речи движение связано с пространственным перемещением сильнее, чем локально ограниченные формы движения, такие как вращение или вибрация. В качестве другого примера, внутренние напряжения во вращающемся бейсбольном мяче заставляют поверхность бейсбольного мяча двигаться по синусоидальной или винтовой траектории, что не произошло бы при отсутствии этих внутренних сил; эти силы соответствуют техническому определению движения из ньютоновской механики , но о них обычно не говорят на этом языке.
Силовая установка летательного аппарата обычно состоит из двигателя летательного аппарата и некоторых средств создания тяги, таких как пропеллер или реактивное сопло .
Силовая установка самолета должна достигать двух целей. Во-первых, тяга силовой установки должна уравновешивать сопротивление самолета, когда самолет летит на крейсерской скорости. И, во-вторых, тяга силовой установки должна превышать сопротивление самолета, чтобы самолет мог разогнаться. Чем больше разница между тягой и сопротивлением, называемая избыточной тягой, тем быстрее разгонится самолет. [2]
Некоторые самолеты , такие как авиалайнеры и грузовые самолеты , проводят большую часть своей жизни в крейсерском режиме. Для этих самолетов избыточная тяга не так важна, как высокая эффективность двигателя и низкий расход топлива. Поскольку тяга зависит как от количества перемещаемого газа, так и от скорости, мы можем генерировать большую тягу, ускоряя большую массу газа на небольшую величину или ускоряя небольшую массу газа на большую величину. Из-за аэродинамической эффективности винтов и вентиляторов более эффективно ускорять большую массу на небольшую величину, поэтому турбовентиляторные и турбовинтовые двигатели с высокой степенью двухконтурности обычно используются на грузовых самолетах и авиалайнерах. [2]
Некоторые самолеты, такие как истребители или экспериментальные высокоскоростные самолеты, требуют очень большой избыточной тяги для быстрого ускорения и преодоления большого сопротивления, связанного с высокими скоростями. Для этих самолетов эффективность двигателя не так важна, как очень большая тяга. Современные боевые самолеты обычно имеют форсажную камеру, добавленную к турбовентиляторному двигателю с низким двухконтурным контуром . Будущие гиперзвуковые самолеты могут использовать какой-либо тип прямоточного воздушно-реактивного двигателя или ракетного двигателя. [2]
.jpg/1280px-Opel_Ampera_(front_quarter).jpg)
Наземное движение — это любой механизм для перемещения твердых тел по земле, обычно в целях транспортировки . В стандартных применениях двигательная система часто состоит из комбинации двигателя или мотора , коробки передач и колес и осей .
Maglev (происходит от magnetic levitation ) — это система транспортировки, которая использует магнитную левитацию для подвешивания, направления и движения транспортных средств с помощью магнитов, а не с помощью механических методов, таких как колеса , оси и подшипники . С помощью maglev транспортное средство левитирует на небольшом расстоянии от направляющей с помощью магнитов для создания как подъемной силы, так и тяги. Утверждается, что транспортные средства на магнитной подвеске движутся более плавно и бесшумно и требуют меньшего обслуживания, чем колесные системы общественного транспорта . Утверждается, что отсутствие зависимости от трения также означает, что ускорение и замедление могут намного превосходить таковые у существующих видов транспорта. Мощность, необходимая для левитации, не составляет особенно большого процента от общего потребления энергии; большая часть используемой мощности необходима для преодоления сопротивления воздуха ( лобового сопротивления ), как и в случае с любым другим высокоскоростным видом транспорта.
Морская тяга — это механизм или система, используемая для создания тяги для перемещения судна или лодки по воде. Хотя на некоторых небольших судах все еще используются весла и паруса , большинство современных судов приводятся в движение механическими системами, состоящими из двигателя, вращающего гребной винт , или, реже, в водометных приводах, импеллер . Морская инженерия — это дисциплина, занимающаяся проектированием морских движительных систем .
Паровые двигатели были первыми механическими двигателями, используемыми в морских двигателях, но в основном были заменены двухтактными или четырехтактными дизельными двигателями, подвесными моторами и газотурбинными двигателями на более быстрых судах. Ядерные реакторы , вырабатывающие пар, используются для приведения в движение военных кораблей и ледоколов , и были попытки использовать их для питания коммерческих судов. Электродвигатели использовались на подводных лодках и электрических лодках и были предложены для энергоэффективного движения. [3] Недавние разработки в области двигателей, работающих на сжиженном природном газе (СПГ), получают признание за их низкие выбросы и преимущества в стоимости.
Движение космических аппаратов — это любой метод, используемый для ускорения космических аппаратов и искусственных спутников . Существует множество различных методов. Каждый метод имеет свои недостатки и преимущества, и движение космических аппаратов является активной областью исследований. Однако большинство космических аппаратов сегодня приводятся в движение путем нагнетания газа сзади/сзади транспортного средства на очень высокой скорости через сверхзвуковое сопло Лаваля . Этот тип двигателя называется ракетным двигателем .
Все современные космические аппараты используют химические ракеты ( двухкомпонентные или твердотопливные ) для запуска, хотя некоторые (например, ракета Pegasus и SpaceShipOne ) использовали воздушно-реактивные двигатели на первой ступени . Большинство спутников имеют простые надежные химические двигатели (часто однокомпонентные ракеты ) или резистивные ракеты для поддержания орбитальной станции, а некоторые используют импульсные колеса для управления ориентацией . Спутники советского блока использовали электрические двигатели в течение десятилетий, а более новые западные геоорбитальные космические аппараты начинают использовать их для поддержания северно-южной станции и подъема орбиты. Межпланетные аппараты в основном также используют химические ракеты, хотя некоторые использовали ионные двигатели и двигатели на эффекте Холла (два разных типа электрических двигателей) с большим успехом.
Канатная дорога — это любая из разновидностей транспортных систем, использующих тросы для тяги транспортных средств или их спуска с постоянной скоростью. Терминология также относится к транспортным средствам в этих системах. Транспортные средства канатной дороги не имеют мотора и двигателя, и их тянет трос, который вращается двигателем, находящимся вне борта.
Локомоция животных, которая является актом самодвижения животного, имеет много проявлений, включая бег , плавание , прыжки и полет . Животные двигаются по разным причинам, например, чтобы найти пищу, партнера или подходящую микросреду обитания , а также чтобы спастись от хищников. Для многих животных способность двигаться необходима для выживания, и, как следствие, селективное давление сформировало методы и механизмы передвижения, используемые движущимися организмами. Например, мигрирующие животные, которые путешествуют на огромные расстояния (например, полярная крачка ), обычно имеют механизм передвижения, который стоит очень мало энергии на единицу расстояния, тогда как немигрирующие животные, которые должны часто быстро двигаться, чтобы спастись от хищников (например, лягушки ), вероятно, имеют дорогостоящее, но очень быстрое передвижение. Изучение передвижения животных обычно считается подразделом биомеханики .
Передвижение требует энергии для преодоления трения , сопротивления , инерции и силы тяжести , хотя во многих случаях некоторые из этих факторов незначительны. В наземных средах необходимо преодолевать силу тяжести, хотя сопротивление воздуха имеет гораздо меньшее значение. Однако в водных средах трение (или сопротивление) становится главной проблемой, а сила тяжести вызывает меньше беспокойства. Хотя животным с естественной плавучестью не нужно тратить много энергии на поддержание вертикального положения, некоторые из них естественным образом тонут и должны тратить энергию, чтобы оставаться на плаву. Сопротивление также может представлять проблему в полете , и аэродинамически эффективные формы тела птиц подчеркивают этот момент. Однако полет представляет собой другую проблему, чем движение в воде, поскольку живой организм не может иметь плотность ниже плотности воздуха. Безногие организмы, перемещающиеся по суше, часто должны бороться с поверхностным трением, но обычно им не нужно тратить значительную энергию на противодействие силе тяжести.
Третий закон движения Ньютона широко используется при изучении передвижения животных: если животное находится в состоянии покоя, то для того, чтобы двигаться вперед, оно должно что-то отталкивать назад. Наземные животные должны отталкиваться от твердой земли; плавающие и летающие животные должны отталкиваться от жидкости ( воды или воздуха ) . [4] Влияние сил во время передвижения на конструкцию скелетной системы также важно, как и взаимодействие между передвижением и физиологией мышц, при определении того, как структуры и эффекторы передвижения обеспечивают или ограничивают движение животных.
Медиа, связанные с Propulsion на Wikimedia Commons