KĀDS IR DAĻIŅAS LĪDZSVARS? (AR PIEMĒRIEM) - FIZISKĀ - 2025

No daļiņu līdzsvars ir stāvoklis, kurā daļiņu ir, ja ārējie spēki, kas iedarbojas uz tām ir savstarpēji anulēts. Tas nozīmē, ka tas uztur nemainīgu stāvokli tādā veidā, ka atkarībā no konkrētās situācijas tas var notikt divos dažādos veidos.

Pirmais ir atrasties statiskā līdzsvarā, kurā daļiņa ir nekustīga; un otrais ir dinamiskais līdzsvars, kurā spēku summēšana tiek atcelta, bet tomēr daļiņai ir vienmērīga taisna kustība.

1. attēls. Akmeņu veidošanās līdzsvarā. Avots: Pixabay.

Daļiņu modelis ir ļoti noderīgs tuvinājums, lai pētītu ķermeņa kustību. Tas sastāv no pieņēmuma, ka visa ķermeņa masa ir koncentrēta vienā punktā, neatkarīgi no objekta lieluma. Tādā veidā jūs varat attēlot planētu, automašīnu, elektronu vai biljarda bumbiņu.

Iegūtais spēks

Punkts, kas apzīmē objektu, ir tas, kurā darbojas spēki, kas to ietekmē. Šie spēki var aizstāt ar vienu, kas ir tāds pats efekts, ko sauc par neto rezultējošo spēku vai spēks, un tiek apzīmētas kā F _R vai F _N .

Saskaņā ar Ņūtona otro likumu, kad rodas nesabalansēts izrietošais spēks, ķermenis piedzīvo paātrinājumu, kas ir proporcionāls spēkam:

F _R = ma

Kur a ir paātrinājums, ko objekts iegūst, pateicoties spēka iedarbībai, un m ir objekta masa. Kas notiek, ja ķermenis netiek paātrināts? Tieši tas, kas tika norādīts sākumā: ķermenis atrodas miera stāvoklī vai pārvietojas ar vienmērīgu taisnu kustību, kurai trūkst paātrinājuma.

Ja daļiņa atrodas līdzsvarā, ir pareizi nodrošināt, ka:

F _R = 0

Tā kā vektoru pievienošana nebūt nenozīmē moduļu pievienošanu, vektoriem jābūt sadalītiem. Tādējādi ir pareizi izteikt:

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

Brīvā ķermeņa diagrammas

Lai vizualizētu spēkus, kas iedarbojas uz daļiņu, ir ērti sastādīt brīva ķermeņa diagrammu, kurā visus spēkus, kas iedarbojas uz objektu, attēlo bultiņas.

Iepriekš minētie vienādojumi ir vektora rakstura. Sadalot spēkus, tos atšķir ar zīmēm. Tādā veidā ir iespējams, ka tā sastāvdaļu summa ir nulle.

Šīs ir svarīgas vadlīnijas, lai rasējums būtu noderīgs:

- Izvēlieties atskaites sistēmu, kurā vislielākais spēku daudzums atrodas uz koordinātu asīm.

- Svars vienmēr tiek novilkts vertikāli uz leju.

- Ja saskaras divas vai vairākas virsmas, pastāv normāli spēki, kurus vienmēr ievelk, spiežot korpusu un perpendikulāri virsmai, kas to iedarbojas.

- Daļiņām, kas atrodas līdzsvara stāvoklī, var būt berzes, kas ir paralēlas saskares virsmai un ir pretējas iespējamajai kustībai, ja daļiņa tiek uzskatīta par miera stāvokli, vai pilnīgi pretēja, ja daļiņa pārvietojas ar MRU (vienmērīga taisna kustība).

- Ja ir virve, spriedzi vienmēr velk gar to un velk ķermeni.

Līdzsvara stāvokļa piemērošanas veidi

2. attēls. Divi spēki, kas dažādos veidos tiek piemēroti tam pašam ķermenim. Avots: pašu gatavots.

Divi vienāda lieluma un pretēja virziena un virziena spēki

2. attēlā parādīta daļiņa, uz kuru darbojas divi spēki. Attēlā pa kreisi daļiņa saņem divu spēku F ₁ un F _{2 darbību,} kuriem ir vienāds lielums un kuri darbojas vienā virzienā un pretējos virzienos.

Daļiņa atrodas līdzsvarā, taču, neskatoties uz sniegto informāciju, nav iespējams uzzināt, vai līdzsvars ir statisks vai dinamisks. Nepieciešama vairāk informācijas par inerciālo atskaites rāmi, no kura objekts tiek novērots.

Divi dažāda lieluma spēki, vienāds virziens un pretēji virzieni

Attēlā centrā parādīta viena un tā pati daļiņa, kas šoreiz nav līdzsvarā, jo spēka F ₂ lielums ir lielāks nekā F ₁ . Tāpēc ir nelīdzsvarots spēks, un objektam ir paātrinājums tajā pašā virzienā kā F ₂ .

Divi vienāda lieluma un atšķirīga virziena spēki

Visbeidzot, attēlā labajā pusē mēs redzam ķermeni, kas arī nav līdzsvarā. Lai arī F ₁ un F ₂ ir vienāda lieluma, spēks F ₂ nav tādā pašā virzienā kā 1. F ₂ vertikālo komponentu netraucē neviens cits, un daļiņa šajā virzienā piedzīvo paātrinājumu.

Trīs spēki ar atšķirīgu virzienu

Vai daļiņa, kas pakļauta trim spēkiem, var būt līdzsvarā? Jā, ar nosacījumu, ka, novietojot katra galu un galu, iegūtais skaitlis ir trīsstūris. Šajā gadījumā vektora summa ir nulle.

3. attēls. Daļiņa, kas pakļauta 3 spēku darbībai, var būt līdzsvarā. Avots: pašu gatavots.

Berze

Spēks, kas bieži iejaucas daļiņas līdzsvarā, ir statiskā berze. Tas ir saistīts ar objekta, ko attēlo daļiņa, mijiedarbību ar citas virsmas virsmu. Piemēram, grāmata statiskā līdzsvara stāvoklī uz slīpa galda tiek modelēta kā daļiņa, un tai ir šāda brīva ķermeņa diagramma:

4. attēls. Grāmatas brīva ķermeņa diagramma slīpā plaknē. Avots: pašu gatavots.

Spēks, kas neļauj grāmatai slīdēt pa slīpas plaknes virsmu un palikt miera stāvoklī, ir statiskā berze. Tas ir atkarīgs no saskarē esošo virsmu rakstura, kas mikroskopiski rada nelīdzenumus ar virsotnēm, kas nofiksējas, apgrūtinot pārvietošanos.

Statiskās berzes maksimālā vērtība ir proporcionāla normālajam spēkam - spēkam, ko virsma iedarbojas uz atbalstīto priekšmetu, bet perpendikulāri minētajai virsmai. Grāmatas piemērā tas ir norādīts zilā krāsā. Matemātiski to izsaka šādi:

Samērīguma konstante ir statisks berzes koeficients μ _s , ko nosaka eksperimentāli, ir mērvienības un atkarīgs raksturu virsmām, kas nonāk saskarē.

Dinamiskā berze

Ja daļiņa atrodas dinamiskā līdzsvarā, kustība jau notiek un statiskā berze vairs neiejaucas. Ja pastāv kāds berzes spēks, kas iebilst pret kustību, notiek dinamiska berze, kuras lielums ir nemainīgs un ko nosaka:

Kur μ _k ir dinamiskais berzes koeficients, kas ir atkarīgs arī no saskarē esošo virsmu veida. Tāpat kā statiskās berzes koeficients, tas ir bezizmēra, un tā vērtību nosaka eksperimentāli.

Dinamiskās berzes koeficienta vērtība parasti ir mazāka nekā statiskās berzes.

Darbojies piemērs

Grāmatā 3. attēlā ir miera stāvoklī, un tās masa ir 1,30 kg. Plaknes slīpuma leņķis ir 30 °. Atrodiet statiskās berzes koeficientu starp grāmatu un plaknes virsmu.

Risinājums

Ir svarīgi izvēlēties piemērotu atskaites sistēmu, skatīt šo attēlu:

5. attēls. Grāmatas brīva ķermeņa diagramma slīpā plaknē un svara sadalījums. Avots: pašu gatavots.

Grāmatas svaram ir lielums W = mg, tomēr ir nepieciešams to sadalīt divās daļās: W _x un W _y , jo tas ir vienīgais spēks, kas neietilpst tieši virs nevienas no koordinātu asīm. Svara sadalīšanās novērota attēlā pa kreisi.

2. Ņūtona likums vertikālajai asij ir:

Piesakoties 2.vietai. Ņūtona likums x asij, izvēloties iespējamās kustības virzienu kā pozitīvu:

Maksimālais berzes ir f _{s max} = μ _s N, tādēļ:

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. 148.-164.