KAS YRA DINAMINĖ PUSIAUSVYRA? (SU PAVYZDŽIU) - FIZINIS

Dinamiška pusiausvyra yra valstybė, kurioje juda objektas atstovavo idealiai kaip dalelė, kai jo judėjimas yra tiesmetriniai vienodos melas. Šis reiškinys atsiranda, kai atšaukiama jį veikiančių išorinių jėgų suma.

Dažnai manoma, kad jei objekte nėra jokios grynosios ar iš to kylančios jėgos, poilsis yra vienintelė įmanoma pasekmė. Arba taip, kad kūnas būtų pusiausvyroje, jame neturi veikti jokia jėga.

1 pav. Ši katė juda esant dinaminei pusiausvyrai, jei ji juda pastoviu greičiu. Šaltinis: „Pixabay“.

Iš tikrųjų pusiausvyra yra pagreičio nebuvimas, todėl visiškai įmanoma pasiekti pastovų greitį. Figūra katė gali judėti be pagreičio.

Objektas su tolygiu sukamaisiais judesiais nėra dinaminėje pusiausvyroje. Nors jo greitis yra pastovus, yra pagreitis, nukreiptas į apskritimo centrą, kuris jį palaiko kelyje. Šis pagreitis yra atsakingas už greičio vektoriaus tinkamą keitimą.

Nulinis greitis yra tam tikra dalelės pusiausvyros situacija, prilygstanti tvirtinimui, kad objektas yra ramybėje.

Kalbant apie objektus kaip daleles, tai labai naudinga idealizacija apibūdinant jų visuotinį judėjimą. Tiesą sakant, mus supančius judančius objektus sudaro daugybė dalelių, kurių individualus tyrimas būtų sudėtingas.

Superpozicijos principas

Šis principas leidžia pakeisti kelių jėgų poveikį objektui lygiaverte vadinamąja jėga FR arba neto jėga FN, kuri šiuo atveju yra niekinė:

F1 + F2 + F3 +…. = FR = 0

Kur jėgos F1, F2, F3 …, Fi yra skirtingos jėgos, veikiančios kūną. Sumuojamasis žymėjimas yra kompaktiškas jo išreiškimo būdas:

Tol, kol nesikiša nesubalansuota jėga, objektas gali neribotą laiką judėti pastoviu greičiu, nes tik jėga gali pakeisti šią panoramą.

Kalbant apie atsirandančios jėgos komponentus, dalelės dinaminės pusiausvyros būklė išreiškiama taip: Fx = 0; Fy = 0; Fz = 0.

Sukimosi ir pusiausvyros sąlygos

Dalelių modeliui sąlyga FR = 0 yra pakankama pusiausvyros garantija. Tačiau, atsižvelgiant į tiriamo mobiliojo telefono matmenis, yra tikimybė, kad objektas gali pasisukti.

Sukimosi judėjimas reiškia pagreičio buvimą, todėl besisukantys kūnai nėra dinaminėje pusiausvyroje. Kūnui pasukti reikalingas ne tik jėgos dalyvavimas, bet būtina jį pritaikyti tinkamoje vietoje.

Norėdami tai patikrinti, ploną ilgio strypą galima uždėti ant paviršiaus, kuriame nėra trinties, pavyzdžiui, užšalusio paviršiaus arba labai poliruoto veidrodžio ar stiklo. Normalus svoris subalansuotas vertikaliai ir horizontaliai pritaikant dvi to paties dydžio jėgas F1 ir F2 pagal schemą, pateiktą kitame paveiksle, patikrinama, kas atsitiks:

2 pav. Strypas, esantis ant paviršiaus, kuriame nėra trinties, gali būti pusiausvyroje arba ne, atsižvelgiant į tai, kaip veikia 1 ir 2 jėgos. Šaltinis: paties parengimas.

Jei F1 ir F2 bus naudojami kaip parodyta kairėje, laikantis bendros veiksmų linijos, strypas liks ramybėje. Bet jei F1 ir F2 yra naudojami taip, kaip parodyta dešinėje, esant skirtingoms veikimo kryptims, nors ir lygiagrečios, aplink ašį, einančią per centrą, vyksta sukimas pagal laikrodžio rodyklę.

Šiuo atveju F1 ir F2 sudaro jėgų porą arba tiesiog porą.

Sukimo momentas arba jėgos momentas

Sukimo momentas sukelia sukimąsi ant ištiesto objekto, pavyzdžiui, strypo pavyzdyje. Įkrautas vektoriaus dydis vadinamas sukimo momentu arba taip pat jėgos momentu. Jis žymimas kaip τ ir apskaičiuojamas taip:

τ = rx F

Šioje išraiškoje F yra naudojama jėga, o r yra vektorius, einantis nuo sukimosi ašies į jėgos taikymo tašką (žr. 2 paveikslą). Τ kryptis visada statmena plokštumai, kurioje guli F ir r, o jos vienetai tarptautinėje sistemoje yra Nm

Pavyzdžiui, pagal vektoriaus sandaugos taisykles F1 ir F2 sukuriamų momentų kryptis yra popieriaus link.

Nors pajėgos panaikina viena kitą, jų sukimo momentai to nedaro. Ir rezultatas yra rodomas pasukimas.

Išskleisto objekto pusiausvyros sąlygos

Norint užtikrinti išplėstinio objekto pusiausvyrą, būtina įvykdyti dvi sąlygas:

Yra dėžutė arba bagažinė, sverianti 16 kg-f, kuri slenka žemyn pasvirusiu plokštumu pastoviu greičiu. Pleišto pasvirimo kampas yra θ = 36º. Atsakymas:

a) Koks yra dinaminės trinties jėgos dydis, reikalingas bagažinei slysti pastoviu greičiu?

b) Kiek yra kinetinės trinties koeficientas?

c) Jei pasvirusios plokštumos aukštis h yra 3 metrai, raskite bagažinės nusileidimo greitį žinodami, kad pasiekti žemę reikia 4 sekundes.

Sprendimas

Bagažinę galima traktuoti taip, lyg tai būtų dalelė. Todėl jėgos bus veikiamos taške, esančiame maždaug jo centre, kuriame galima manyti, kad visa jo masė yra sukoncentruota. Būtent šiuo metu jis bus stebimas.

3 pav. Bagažinės slydimo nuokalnėje ir svorio paskirstymo laisvojo kūno schema (dešinėje). Šaltinis: pačių sukurtas.

Svoris W yra vienintelė jėga, kuri nepatenka į vieną iš koordinačių ašių ir turi būti suskaidyta į du komponentus: Wx ir Wy. Šis skilimas parodytas schemoje (3 pav.).

Taip pat patogu svorį perkelti į tarptautinės sistemos vienetus, kuriems pakanka padauginti iš 9,8:

Wy = W. cosθ = 16 x 9,8 x cos 36º N = 126,9 N

Wx = W. sinθ = 16 x 9,8 x sin 36º = 92,2 N

A punktas

Išilgai horizontalios ašies yra horizontalus svorio Wx komponentas ir dinaminė arba kinetinė trinties jėga fk, priešinga judėjimui.

Pasirinkus teigiamą judėjimo kryptį, nesunku pastebėti, kad Wx yra atsakingas už bloką, einantį šlaitu. Kadangi trintis priešinga, užuot greitai slydusi, blokas turi galimybę slysti pastoviu greičiu žemyn.

Pirmosios pusiausvyros sąlygos yra pakankamos, nes kamieną traktuojame kaip dalelę, kuri yra užtikrinta teiginyje, kad ji yra dinaminėje pusiausvyroje:

Wx - fk = 0 (nėra pagreičio horizontalia kryptimi)

fk = 92,2 N

B skirsnis

Dinaminės trinties dydis yra pastovus ir yra išreikštas fk = μk N. Tai reiškia, kad dinaminės trinties jėga yra proporcinga normaliajai ir kad norint žinoti trinties koeficientą, reikia šios vertės.

Stebėdami laisvojo kūno schemą, galime pastebėti, kad vertikalioje ašyje turime normaliąją jėgą N, kurią pleištas daro ant bagažinės ir nukreiptą aukštyn. Ji yra subalansuota su vertikaliu svorio Wy komponentu. Pasirinkus teigiamą jausmą ir pasinaudojant antruoju Niutono dėsniu bei pusiausvyros sąlygomis, gaunami rezultatai:

N - Wy = 0 (nėra judesio palei vertikalią ašį)

Taigi:

N = Wy = 126,9 N

fk = μk N

μk = fk / N = 92,2 / 126,9= 0,73

C skirsnis

Bendras bagažinės nuvažiuotas atstumas nuo pleišto viršaus iki žemės yra nustatomas pagal trigonometriją:

d = h / sin 36º = 3 / sin 36º m = 5,1 m.

Greičiui apskaičiuoti naudojamas vienodo tiesinio judesio apibrėžimas:

v = d / t = 5,1 m / 4 s = 1,3 m / s

Nuorodos

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

KAS YRA DINAMINĖ PUSIAUSVYRA? (SU PAVYZDŽIU) - FIZINIS - 2025