- Transliacinės pusiausvyros nustatymas
- Objekto sukimas
- Sukimo momento apibrėžimas
- Pusiausvyros sąlygos
- Programos
- Pavyzdžiai
- Sprendimas
- Nuorodos
Transliacijos pusiausvyra yra būklė, kuri objektas, kaip visuma, yra, kai visi jėgos, veikiančios ant jo yra kompensuoti, suteikiant kaip rezultatas grynasis jėgos lygus nuliui. Matematiškai tai yra sakymas, kad F 1 + F 2 + F 3 +…. = 0, kur F 1 , F 2 , F 3 … yra dalyvaujančios jėgos.
Tai, kad kūnas yra vertikalioje pusiausvyroje, dar nereiškia, kad jis būtinai yra ramybėje. Tai yra aukščiau pateikto apibrėžimo ypatingas atvejis. Objektas gali judėti, tačiau nesant pagreičio, tai bus tolygus tiesinis judesys.
1 paveikslas. Transliacijos pusiausvyra yra svarbi daugeliui sporto šakų. Šaltinis: „Pixabay“.
Taigi, jei kūnas yra ramybėje, jis tęsiasi taip. Ir jei jis jau juda, jis turės pastovų greitį. Apskritai, bet kurio objekto judesys yra vertimų ir pasukimų kompozicija. Vertimai gali būti tokie, kaip parodyta 2 paveiksle: tiesinis arba kreivinis.
Bet jei vienas iš objekto taškų yra fiksuotas, tada vienintelė galimybė, kurį jis turi judėti, yra pasukti. To pavyzdys yra kompaktinis diskas, kurio centras yra fiksuotas. Kompaktinis diskas gali suktis aplink ašį, kuri eina per tą tašką, bet neišversti.
Kai objektai turi fiksuotus taškus arba yra palaikomi ant paviršių, mes kalbame apie nuorodas. Ryšiai sąveikauja, ribodami judesius, kuriuos objektas sugeba atlikti.
Transliacinės pusiausvyros nustatymas
Jei dalelė yra pusiausvyroje, reikia užtikrinti, kad:
F R = 0
Arba apibendrinant:
Akivaizdu, kad norint, kad kūnas būtų vertikalioje pusiausvyroje, jį veikiančios jėgos turi būti kažkaip kompensuotos, kad jų rezultatas būtų lygus nuliui.
Tokiu būdu objektas nepatirs pagreičio, o visos jo dalelės yra ramybės būsenoje arba pastovaus greičio vertikalioje padėtyje.
Dabar, jei objektai gali pasisukti, jie paprastai tai padarys. Štai kodėl dauguma judesių susideda iš vertimo ir pasukimo derinių.
Objekto sukimas
Kai yra svarbus sukimosi balansas, gali reikėti įsitikinti, kad daiktas nesisuka. Taigi jūs turite išsiaiškinti, ar yra sukimo momentų ar momentų, veikiančių.
Sukimo momentas yra vektoriaus dydis, nuo kurio priklauso sukimai. Reikia jėgos, kurią reikia pritaikyti, tačiau taip pat svarbus yra jėgos taikymo taškas. Norėdami išsiaiškinti idėją, apsvarstykite išplėstinį objektą, ant kurio veikia jėga F, ir pažiūrėkime, ar jis gali suktis apie kokią nors ašį O.
Jau įsivaizduojama, kad pastūmę objektą taške P jėga F, galite jį sukti aplink tašką O, sukdami prieš laikrodžio rodyklę. Bet taip pat svarbi yra jėgos taikymo kryptis. Pavyzdžiui, figūra, įtaisyta viduryje, jėga neprivers objekto pasisukti, nors jis tikrai gali jį perkelti.
2 paveikslas. Įvairūs jėgos taikymo dideliam objektui būdai, tik paveiksle, esančiame kraštiniame kairiajame kampe, gaunamas sukimosi efektas. Šaltinis: pačių sukurtas.
Taikydami jėgą tiesiai į tašką O, objektas taip pat nepasisuks. Taigi akivaizdu, kad norint pasiekti sukimosi efektą, jėga turi būti veikiama tam tikru atstumu nuo sukimosi ašies, o jos veikimo linija neturi praeiti per tą ašį.
Sukimo momento apibrėžimas
Jėgos sukimo momentas arba momentas, žymimas kaip τ, vektoriaus dydis, atsakingas už visų šių faktų sudėjimą, yra apibrėžiamas kaip:
Vektorius r nukreipiamas nuo sukimosi ašies į jėgos taikymo tašką, o kampo tarp r ir F dalyvavimas yra svarbus. Todėl sukimo momento dydis išreiškiamas taip:
Veiksmingiausias sukimo momentas atsiranda, kai r ir F yra statmenos.
Dabar, jei norima, kad nebūtų sukimų ar jie vyktų su pastoviu kampiniu pagreičiu, būtina, kad objektą veikiančių sukimo momentų suma būtų lygi nuliui, analogiškai tam, kas buvo laikoma jėgoms:
Pusiausvyros sąlygos
Balansas reiškia stabilumą, harmoniją ir pusiausvyrą. Kad objekto judėjimas turėtų šias savybes, turi būti taikomos ankstesniuose skyriuose aprašytos sąlygos:
1) F 1 + F 2 + F 3 +…. = 0
2) τ 1 + τ 2 + τ 3 +…. = 0
Pirmoji sąlyga garantuoja transliacinę pusiausvyrą, o antroji - rotacinę pusiausvyrą. Abu dalykai turi būti įvykdyti, jei objektas nori išlikti statiškoje pusiausvyroje (jokio judėjimo nėra).
Programos
Pusiausvyros sąlygos yra taikomos daugeliui konstrukcijų, nes statant pastatus ar įvairius objektus, siekiama, kad jų dalys liktų vienodose sąlyčio vietose. Kitaip tariant, objektas neatsiskiria.
Tai svarbu, pavyzdžiui, statant tiltus, kurie tvirtai laikosi po kojomis, arba projektuojant tinkamas naudoti konstrukcijas, kurios nekeičia padėties ar yra linkusios apvirsti.
Nors manoma, kad tolygus tiesinis judėjimas yra kraštutinis judesio supaprastinimas, kuris gamtoje pasitaiko retai, reikia atsiminti, kad vakuume šviesos greitis yra pastovus, o garso ore - taip pat, jei laikykite vidutinį vienalytį.
Daugelyje žmogaus sukurtų mobilių konstrukcijų svarbu išlaikyti pastovų greitį: pavyzdžiui, eskalatoriuose ir surinkimo linijose.
Pavyzdžiai
Tai yra klasikinis įtempimų, palaikančių lempą pusiausvyroje, pratimas. Yra žinoma, kad lempa sveria 15 kg. Raskite įtempių dydį, reikalingą jį išlaikyti šioje padėtyje.
3 paveikslas. Žibinto pusiausvyra garantuojama taikant transliacinę pusiausvyros sąlygą. Šaltinis: pačių sukurtas.
Sprendimas
Norėdami tai išspręsti, mes sutelkiame dėmesį į mazgą, kuriame susitinka trys stygos. Atitinkamos mazgo ir lempos laisvojo kūno diagramos parodytos aukščiau esančiame paveikslėlyje.
Lempos svoris yra W = 5 kg. 9,8 m / s 2 = 49 N. Kad lempa būtų pusiausvyroje, pakanka įvykdyti pirmąją pusiausvyros sąlygą:
T 1 ir T 2 įtampos turi būti skaidomos:
Tai dviejų lygčių su dviem nežinomaisiais sistema, kurios atsakymas yra: T 1 = 24,5 N ir T 2 = 42,4 N.
Nuorodos
- Rex, A. 2011. Fizikos pagrindai. Pearsonas. 76 - 90.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika mokslui ir inžinerijai. 1 tomas. 7 ma . Ed. Cengago mokymasis. 120–124.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Fizikos pagrindai. 9 na Ed. Cengage mokymosi. 99–112.
- Tippens, P. 2011. Fizika: sąvokos ir programos. 7-asis leidimas. „MacGraw Hill“. 71 - 87.
- Walkeris, J. 2010. Fizika. Adisonas Wesley. 332-346.