TRANSLĀCIJAS LĪDZSVARS: NOTEIKŠANA, PIELIETOJUMI, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

Praktiska līdzsvars ir valsts, kurā objekts kopumā ir tad, kad visi spēki tās pamata rīkojas tiek kompensēts, piešķirot kā rezultātā neto spēka nulle. Matemātiski tas ir līdzvērtīgs apgalvojumam, ka F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, kur F ₁ , F ₂ , F ₃ … ir iesaistītie spēki.

Fakts, ka ķermenis atrodas translatīvajā līdzsvarā, nenozīmē, ka tas noteikti atrodas miera stāvoklī. Šis ir iepriekš sniegtās definīcijas īpašs gadījums. Objekts var būt kustībā, bet, ja nav paātrinājuma, tā būs vienmērīga taisna kustība.

1. attēls. Daudziem sporta veidiem ir svarīgs translācijas līdzsvars. Avots: Pixabay.

Tātad, ja ķermenis atrodas miera stāvoklī, tas turpinās šādi. Un, ja tai jau ir kustība, tai būs nemainīgs ātrums. Parasti jebkura objekta kustība ir tulkojumu un pagriežu sastāvs. Tulkojumi var būt tādi, kā parādīts 2. attēlā: lineāri vai liekti.

Bet, ja viens no objekta punktiem ir fiksēts, tad vienīgā iespēja, kas tam jāpārvieto, ir pagriešanās. Tā piemērs ir kompaktdisks, kura centrs ir fiksēts. Kompaktdiskam ir iespēja pagriezties ap asi, kas iet caur šo punktu, bet to nevar tulkot.

Kad objektiem ir fiksēti punkti vai tie tiek atbalstīti uz virsmām, mēs runājam par saitēm. Saites mijiedarbojas, ierobežojot kustības, kuras objekts spēj veikt.

Translatīvā līdzsvara noteikšana

Ja daļiņa atrodas līdzsvarā, ir pareizi nodrošināt, ka:

F _R = 0

Vai summējumā:

Ir skaidrs, ka, lai ķermenis atrastos līdzsvara stāvoklī, spēki, kas uz to darbojas, kaut kādā veidā ir jākompensē tā, lai to rezultāts būtu nulle.

Tādā veidā objekts nepiedzīvos paātrinājumu, un visas tā daļiņas atrodas miera stāvoklī vai tiek pakļautas taisnai tulkošanai ar nemainīgu ātrumu.

Tagad, ja objekti var pagriezties, tie parasti to darīs. Tāpēc lielāko daļu kustību veido tulkošanas un pagriešanas kombinācijas.

Objekta pagriešana

Ja rotācijas līdzsvars ir svarīgs, var būt nepieciešams nodrošināt, lai objekts negriežas. Tātad jums ir jāizpēta, vai ir griezes momenti vai momenti, kas uz to iedarbojas.

Griezes moments ir vektora lielums, no kura atkarīgas rotācijas. Tas prasa spēka pielietošanu, taču ir svarīga arī spēka pielietošanas vieta. Lai precizētu ideju, apsveriet paplašinātu objektu, uz kuru iedarbojas spēks F, un ļaujiet mums redzēt, vai tas spēj radīt pagriezienu ap kādu asi O.

Jau intuitīvi ir tas, ka, spiežot priekšmetu punktā P ar spēku F, ir iespējams to pagriezt ap punktu O, pagriežot to pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Bet svarīgs ir arī virziens, kādā tiek pielikts spēks. Piemēram, spēks, kas tiek piemērots figūrai vidū, neliek objektam pagriezties, lai gan tas noteikti var to pārvietot.

2. attēls. Dažādi spēka pielietošanas veidi lielam priekšmetam, tikai attēlā pa kreisi, tiek iegūts rotācijas efekts. Avots: pašu gatavots.

Pieliekot spēku tieši uz punktu O, objekts arī negriezīsies. Tāpēc ir skaidrs, ka, lai sasniegtu rotācijas efektu, spēks jāpieliek noteiktā attālumā no rotācijas ass un tā darbības līnija nedrīkst iziet cauri šai asij.

Griezes momenta definīcija

Spēka griezes momentu vai momentu, kas apzīmēts ar τ, vektora lielumu, kas atbild par visu šo faktu salikšanu, definē šādi:

Vektoru r novirza no rotācijas ass uz spēka pielietošanas punktu, un svarīga ir leņķa dalība starp r un F. Tāpēc griezes momenta lielumu izsaka šādi:

Visefektīvākais griezes moments rodas, ja r un F ir perpendikulāri.

Tagad, ja ir vēlams, lai nebūtu griešanās vai arī tās notiktu ar nemainīgu leņķisko paātrinājumu, ir nepieciešams, lai griezes momentu summa, kas iedarbojas uz objektu, būtu nulle, līdzīgi tam, kas tika uzskatīts par spēkiem:

Līdzsvara apstākļi

Līdzsvars nozīmē stabilitāti, harmoniju un līdzsvaru. Lai objekta pārvietošanai būtu šīs īpašības, ir jāpiemēro iepriekšējās sadaļās aprakstītie nosacījumi:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Pirmais nosacījums garantē translatīvo līdzsvaru, bet otrais - rotācijas līdzsvaru. Abas ir jāizpilda, ja objektam jāpaliek statiskā līdzsvarā (jebkāda veida kustības nav).

Lietojumprogrammas

Līdzsvara apstākļi ir piemērojami daudzām konstrukcijām, jo, būvējot ēkas vai dažādus objektus, tas tiek darīts ar nolūku, lai to daļas paliktu vienādās relatīvās pozīcijās viena ar otru. Citiem vārdiem sakot, objekts nedalās viens no otra.

Tas ir svarīgi, piemēram, būvējot tiltus, kas paliek stingri zem kājām, vai projektējot apdzīvojamas konstrukcijas, kas nemaina stāvokli vai kurām ir tendence apgāzties.

Lai arī tiek uzskatīts, ka vienmērīga taisnīga kustība ir ārkārtīga kustības vienkāršošana, kas dabā reti sastopama, tomēr jāatceras, ka gaismas ātrums vakuumā ir nemainīgs un skaņas ātrums arī gaisā, ja uzskata vidēju viendabīgu.

Daudzās cilvēka radītās mobilajās konstrukcijās ir svarīgi saglabāt nemainīgu ātrumu: piemēram, uz eskalatoriem un montāžas līnijām.

Piemēri

Šis ir klasisks vingrinājums spriedzei, kas notur lampu līdzsvarā. Ir zināms, ka luktura svars ir 15 kg. Atrodiet nepieciešamo spriegumu lielumus, lai noturētu to šajā stāvoklī.

3. attēls. Lampas līdzsvaru garantē, izmantojot līdzsvara pārejas nosacījumu. Avots: pašu gatavots.

Risinājums

Lai to atrisinātu, mēs koncentrējamies uz mezglu, kur trīs virknes satiekas. Atbilstošās mezgla un luktura brīvās ķermeņa diagrammas parādītas attēlā iepriekš.

Lampas svars ir W = 5 Kg. 9,8 m / s ² = 49 N. Lai lukturis būtu līdzsvarā, pietiek ar to, lai tiktu izpildīts pirmais līdzsvara nosacījums:

Spriegumi T ₁ un T ₂ jāsadala:

Tā ir divu vienādojumu sistēma ar diviem nezināmiem, kuru atbilde ir: T ₁ = 24,5 N un T ₂ = 42,4 N.

Atsauces

1. Rekss, A. 2011. Fizikas pamati. Pīrsons. 76 - 90.
2. Servejs, R., Jewett, J. (2008). Fizika zinātnei un inženierijai. 1. sējums. 7 ^ma . Ed. Cengage mācīšanās. 120-124.
3. Servejs, R., Vulle, C. 2011. Fizikas pamati. 9 ⁿ . Cengage mācīšanās. 99-112.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: jēdzieni un pielietojumi. 7. izdevums. MacGraw Hill. 71.-87.
5. Walker, J. 2010. Fizika. Adisons Veslijs. 332-346.