KOKIA DALELĖS PUSIAUSVYRA? (SU PAVYZDŽIAIS) - FIZINIS - 2025

Dalelės pusiausvyra yra būklė, kuri dalelė yra tada, kai išorės jėgos, veikiančios ant jų yra abipusiškai atšaukta. Tai reiškia, kad ji palaiko pastovią būseną tokiu būdu, kad ji gali atsirasti dviem skirtingais būdais, atsižvelgiant į konkrečią situaciją.

Pirmasis turi būti statinėje pusiausvyroje, kurioje dalelė nejudri; o antrasis yra dinaminė pusiausvyra, kai jėgų sumavimas yra atšauktas, tačiau vis dėlto dalelė turi tolygų tiesinį judesį.

1 pav. Uolienų susidarymas pusiausvyroje. Šaltinis: „Pixabay“.

Dalelių modelis yra labai naudingas derinimas kūno judesiams tirti. Tai reiškia, kad daroma prielaida, kad visos kūno masės yra sutelktos viename taške, nepriklausomai nuo objekto dydžio. Tokiu būdu galite pavaizduoti planetą, automobilį, elektroną ar biliardo kamuoliuką.

Gaunama jėga

Objektas vaizduojamas ten, kur veikia jį veikiančios jėgos. Šios jėgos gali būti pakeistas kitu, turi tokį patį poveikį, kuris yra vadinamas grynasis atstojamasis jėga arba jėga ir yra žymimi kaip F _R arba F _N .

Pagal antrąjį Niutono dėsnį, kai atsiranda nesubalansuota jėgą sukelianti jėga, kūnas patiria jėgai proporcingą pagreitį:

F _R = ma

Kur a yra pagreitis, kurį objektas įgyja veikdamas jėgą, o m yra objekto masė. Kas atsitiks, jei kūnas nebus pagreitintas? Tiksliai tai, kas buvo nurodyta pradžioje: kūnas yra ramybėje arba juda tolygiu tiesiu judesiu, kuriam trūksta pagreičio.

Jei dalelė yra pusiausvyroje, reikia užtikrinti, kad:

F _R = 0

Kadangi vektorių pridėjimas nebūtinai reiškia modulių pridėjimą, vektoriai turi būti išskaidomi. Taigi teisinga išreikšti:

F _x = ma _x = 0; F _y = ma _y = 0; F _z = ma _z = 0

Laisvojo kūno diagramos

Norint vizualizuoti jėgas, veikiančias dalelę, patogu sudaryti laisvojo kūno schemą, kurioje visos jėgos, veikiančios objektą, vaizduojamos rodyklėmis.

Aukščiau pateiktos lygtys yra vektorinės. Skaidydami jėgas, jie išsiskiria ženklais. Tokiu būdu jo komponentų suma gali būti lygi nuliui.

Toliau pateikiamos svarbios gairės, kad piešinys būtų naudingas:

- Pasirinkite atskaitos sistemą, kurioje didžiausias jėgų kiekis yra ant koordinačių ašių.

- Svoris visada traukiamas vertikaliai žemyn.

- Kai liečiami du ar daugiau paviršių, veikia normalios jėgos, kurios visada traukiamos stumiant kūną ir statmenos jį veikiančiam paviršiui.

- Jei dalelė yra pusiausvyroje, gali būti trinties, lygiagrečios kontaktiniam paviršiui ir galinčios judėti, jei dalelė laikoma ramybės būsenoje, arba tikrai priešinga, jei dalelė juda su MRU (tolygus tiesinis judėjimas).

- Jei yra virvė, įtampa visada tempiama išilgai jos ir traukiant kūną.

Pusiausvyros sąlygos taikymo būdai

2 pav. Dvi jėgos, skirtingai veikiančios tą patį kūną. Šaltinis: pačių sukurtas.

Dvi vienodo stiprumo ir priešingos krypties bei krypties jėgos

2 paveiksle parodyta dalelė, ant kurios veikia dvi jėgos. Kairėje esančioje nuotraukoje dalelė gauna dviejų jėgų F ₁ ir F _2, kurios turi tą patį dydį ir veikia ta pačia kryptimi ir priešingomis kryptimis, veiksmus.

Dalelė yra pusiausvyroje, tačiau, nepaisant pateiktos informacijos, neįmanoma sužinoti, ar pusiausvyra yra statinė, ar dinamiška. Reikia daugiau informacijos apie inercinį atskaitos rėmą, iš kurio stebimas objektas.

Dvi skirtingo masto jėgos, lygios ir priešingos

Centre esantis paveikslas rodo tą pačią dalelę, kuri šį kartą nėra pusiausvyroje, nes jėgos F _{2 dydis} yra didesnis nei F ₁ . Todėl yra nesubalansuota jėga, o objektas įsibėgėja ta pačia kryptimi kaip ir F ₂ .

Dvi vienodo dydžio ir skirtingos krypties jėgos

Galiausiai paveikslėlyje dešinėje mes matome kūną, kuris taip pat nėra pusiausvyros. Nors F ₁ ir F ₂ yra vienodo dydžio, jėga F ₂ nėra ta pačia kryptimi kaip 1. F ₂ vertikalusis komponentas nėra neutralus jokiu kitu, o dalelė patiria pagreitį ta kryptimi.

Trys skirtingos krypties jėgos

Ar dalelė, veikiama trijų jėgų, gali būti pusiausvyroje? Taip, su sąlyga, kad dedant kiekvieno galą ir galą, gautas paveikslas yra trikampis. Šiuo atveju vektoriaus suma yra lygi nuliui.

3 pav. Dalelė, veikiama 3 jėgų, gali būti pusiausvyroje. Šaltinis: pačių sukurtas.

Trintis

Jėga, kuri dažnai įsikiša į dalelės pusiausvyrą, yra statinė trintis. Tai lemia dalelės vaizduojamo objekto sąveika su kito paviršiumi. Pvz., Knyga, esanti statinėje pusiausvyroje ant pasvirusio stalo, yra modeliuojama kaip dalelė ir jos laisvojo kūno schema yra tokia:

4 pav. Knygos laisvo kūno schema pasvirusioje plokštumoje. Šaltinis: pačių sukurtas.

Jėga, neleidžianti knygai slysti per pasvirusios plokštumos paviršių ir likti ramybėje, yra statinė trintis. Tai priklauso nuo liečiamų paviršių, kurie mikroskopiškai turi šiurkštumą su smaigaliais, kurie užsifiksuoja, todėl sunku judėti.

Didžiausia statinės trinties vertė yra proporcinga normaliai jėgai, jėgai, kurią paviršius veikia ant atraminio objekto, bet statmenai minėtam paviršiui. Knygos pavyzdyje ji pažymėta mėlyna spalva. Matematiškai jis išreiškiamas taip:

Proporcingumo konstanta yra statinis trinties koeficientas μ _s , kuri yra nustatoma eksperimentiniu būdu, dimensijų ir priklauso nuo to, kuris liečiasi paviršių pobūdžio.

Dinaminė trintis

Jei dalelė yra dinaminėje pusiausvyroje, judėjimas jau vyksta ir statinė trintis nebesikiša. Jei yra bet kokia judėjimui priešinga trinties jėga, veikia dinaminė trintis, kurios dydis yra pastovus ir kurį lemia:

Kur μ _k yra dinaminis trinties koeficientas, kuris taip pat priklauso nuo liečiamų paviršių tipo. Kaip ir statinės trinties koeficientas, jis yra be matmens, o jo vertė nustatoma eksperimentiniu būdu.

Dinaminės trinties koeficiento vertė paprastai yra mažesnė nei statinės trinties.

Veiksmingas pavyzdys

3 paveiksle pavaizduota knyga yra ramybėje, jos masė yra 1,30 kg. Plokštumos pasvirimo kampas yra 30º. Raskite statinės trinties tarp knygos ir plokštumos paviršiaus koeficientą.

Sprendimas

Svarbu pasirinkti tinkamą atskaitos sistemą, žiūrėkite šį paveikslą:

5 pav. Knygos laisvo kūno schema pasvirusioje plokštumoje ir svorio skilimas. Šaltinis: pačių sukurtas.

Knygos svoris yra W = mg, tačiau ją reikia suskaidyti į du komponentus: W _x ir W _y , nes tai yra vienintelė jėga, nepatenkanti tiesiai virš vienos iš koordinačių ašių. Svorio irimas stebimas paveikslėlyje kairėje.

2-asis. Niutono vertikaliosios ašies dėsnis yra:

Taikant 2-ą. Niutono dėsnis x ašiai, pasirenkant teigiamo galimo judėjimo kryptį:

Maksimalus trinties yra F _{s MAX} = μ _s N, todėl:

Nuorodos

1. Rex, A. 2011. Fizikos pagrindai. Pearsonas. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika mokslui ir inžinerijai. 1 tomas. 7 ^ma . Ed. Cengago mokymasis. 120–124.
3. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fizikos pagrindai. 9 ^na Ed. Cengage mokymosi. 99–112.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: sąvokos ir programos. 7-asis leidimas. „MacGraw Hill“. 71 - 87.
5. Walkeris, J. 2010. Fizika. Adisonas Wesley. 148–164.