KAS IR DINAMISKAIS LĪDZSVARS? (AR PIEMĒRU) - FIZISKĀ - 2025

Dinamisks līdzsvars ir valsts, kurā kustīgu objektu pārstāvēta ideāli kā daļiņu, kad tās kustība ir taisnās vienotiem meli. Šī parādība rodas, kad tiek atcelta to ietekmējošo ārējo spēku summa.

Bieži tiek uzskatīts, ka, ja objektam nav tīkla vai izrietošā spēka, atpūta ir vienīgās iespējamās sekas. Vai arī - lai ķermenis būtu līdzsvarā, nedrīkst darboties spēks.

1. attēls. Šis kaķis pārvietojas dinamiskā līdzsvarā, ja tas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu. Avots: Pixabay.

Patiesībā līdzsvars ir paātrinājuma neesamība, un tāpēc pastāvīgs ātrums ir pilnīgi iespējams. Kaķis attēlā var kustēties bez paātrinājuma.

Objekts ar vienmērīgu apļveida kustību neatrodas dinamiskā līdzsvarā. Lai arī tā ātrums ir nemainīgs, pastāv paātrinājums, kas vērsts uz apkārtmēra centru, kas to uztur uz ceļa. Šis paātrinājums ir atbildīgs par ātruma vektora atbilstošu maiņu.

Nulles ātrums ir daļiņas līdzsvara īpaša situācija, kas ir līdzvērtīga tam, ka objekts ir miera stāvoklī.

Runājot par objektiem kā daļiņām, šī ir ļoti noderīga idealizācija, aprakstot to globālo kustību. Patiesībā kustīgos objektus, kas mūs ieskauj, veido liels skaits daļiņu, kuru individuālais pētījums būtu apgrūtinošs.

Superpozīcijas princips

Šis princips ļauj vairāku spēku iedarbību uz objektu aizstāt ar ekvivalentu, ko sauc par izrietošo spēku FR vai tīro spēku FN, kas šajā gadījumā ir nulle:

F1 + F2 + F3 +…. = FR = 0

Kur spēki F1, F2, F3…., Fi ir dažādi spēki, kas iedarbojas uz ķermeni. Summācijas notācija ir kompakts veids, kā to izteikt:

Kamēr neiejaucas nesabalansēts spēks, objekts var turpināt kustību bezgalīgi ar nemainīgu ātrumu, jo tikai panelis var mainīt šo panorāmu.

Runājot par iegūtā spēka komponentēm, daļiņas dinamiskā līdzsvara stāvokli izsaka šādi: Fx = 0; Fy = 0; Fz = 0.

Rotācijas un līdzsvara apstākļi

Daļiņu modelim nosacījums FR = 0 ir pietiekama līdzsvara garantija. Tomēr, ņemot vērā pētāmā mobilā tālruņa izmērus, pastāv iespēja, ka objekts var pagriezties.

Rotācijas kustība nozīmē paātrinājuma esamību, tāpēc rotējošie ķermeņi neatrodas dinamiskā līdzsvarā. Ķermeņa pagriešanai nepieciešama ne tikai spēka piedalīšanās, bet tas ir jāpieliek atbilstošā vietā.

Lai to pārbaudītu, uz bez berzes virsmas, piemēram, sasalušas virsmas vai ļoti pulēta spoguļa vai stikla, var novietot plānu stieni. Normāls līdzsvaro svaru vertikāli un, horizontāli piemērojot divus tāda paša lieluma spēkus F1 un F2 saskaņā ar diagrammu nākamajā attēlā, tiek pārbaudīts, kas notiek:

2. attēls: Stienis uz berzes brīvas virsmas var būt vai nebūt līdzsvarā atkarībā no tā, kā tiek pielikti spēki 1. un 2. Avots: pašu izstrādāts.

Ja F1 un F2 tiek pielietoti, kā parādīts kreisajā pusē, ar kopēju darbības virzienu, stienis paliks miera stāvoklī. Bet, ja F1 un F2 tiek piemēroti, kā parādīts labajā pusē, ar dažādām darbības līnijām, kaut arī paralēlām, ap asi, kas iet caur centru, notiek rotācija pulksteņrādītāja virzienā.

Šajā gadījumā F1 un F2 veido pāris spēkus vai vienkārši pāris.

Griezes moments vai spēka moments

Griezes momenta mērķis ir radīt pagriešanos uz pagarinātu priekšmetu, piemēram, stieni piemērā. Uzlādēto vektora lielumu sauc par griezes momentu vai arī spēka momentu. To apzīmē ar τ un aprēķina pēc:

τ = rx F

Šajā izteiksmē F ir pieliktais spēks un r ir vektors, kas iet no rotācijas ass uz spēka pielikšanas punktu (sk. 2. attēlu). Τ virziens vienmēr ir perpendikulārs plaknei, kurā atrodas F un r, un tās vienības starptautiskajā sistēmā ir Nm

Piemēram, F1 un F2 radīto momentu virziens ir vērsts pret papīru saskaņā ar vektora produkta noteikumiem.

Kaut arī spēki cits citu atceļ, to griezes momenta nav. Un rezultāts ir parādītā rotācija.

Līdzsvara apstākļi paplašinātam objektam

Lai garantētu pagarināta objekta līdzsvaru, ir jāizpilda divi nosacījumi:

Ir kaste vai bagāžnieks, kas sver 16 kg-f un kas ar nemainīgu ātrumu slīd lejup pa slīpu plakni. Ķīļa slīpuma leņķis ir θ = 36º. Atbilde:

a) Cik liels ir dinamiskā berzes spēks, kas nepieciešams, lai stumbrs slīdētu ar nemainīgu ātrumu?

b) Cik liels ir kinētiskās berzes koeficients?

c) Ja slīpās plaknes augstums h ir 3 metri, atrodiet bagāžnieka nolaišanās ātrumu, zinot, ka zemes sasniegšanai vajadzīgas 4 sekundes.

Risinājums

Stumbru var izturēties tā, it kā tā būtu daļiņa. Tāpēc spēki tiks pielikti punktā, kas atrodas aptuveni tā centrā, uz kuru var uzskatīt, ka visa tā masa ir koncentrēta. Tieši šajā brīdī tas tiks izsekots.

3. attēls. Stumbra brīvas ķermeņa diagramma slīdēšanai lejup un svara sadalījumam (labajā pusē). Avots: pašu gatavots.

Svars W ir vienīgais spēks, kas neietilpst vienā no koordinātu asīm, un tas jāsadala divās daļās: Wx un Wy. Šī sadalīšanās ir parādīta shēmā (3. attēls).

Ir arī ērti pārsūtīt svaru uz starptautiskās sistēmas vienībām, kurām pietiek reizināt ar 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 punkts

Gar horizontālo asi ir svara Wx horizontālā sastāvdaļa un dinamiskais vai kinētiskais berzes spēks fk, kas ir pret kustību.

Izvēloties pozitīvo virzienu kustības virzienā, ir viegli redzēt, ka Wx ir atbildīgs par bloku, kas dodas lejup. Un tā kā berze ir pretēja, tā vietā, lai ātri slīdētu, blokam ir iespēja slīdēt ar pastāvīgu ātrumu lejup.

Pirmais līdzsvara nosacījums ir pietiekams, jo mēs izturamies pret stumbru kā daļiņu, kas ir apliecināts paziņojumā, ka tas atrodas dinamiskā līdzsvarā:

Wx - fk = 0 (bez paātrinājuma horizontālā virzienā)

fk = 92,2 N

B sadaļa

Dinamiskās berzes lielums ir nemainīgs, un to izsaka ar fk = μk N. Tas nozīmē, ka dinamiskās berzes spēks ir proporcionāls normālajam, un, lai zinātu berzes koeficientu, tas ir nepieciešams.

Novērojot brīvā ķermeņa diagrammu, mēs redzam, ka uz vertikālās ass mums ir parastais spēks N, kuru ķīlis iedarbojas uz stumbru un ir vērsts uz augšu. Viņa ir līdzsvarota ar svara Wy vertikālo sastāvdaļu. Izvēlēties pozitīvā nozīmē un izmantot Ņūtona otro likumu un līdzsvara nosacījumus:

N - Wy = 0 (nav kustības pa vertikālo asi)

Tādējādi:

N = Wy = 126,9 N

fk = μk N

μk = fk / N = 92,2 / 126,9= 0,73

C sadaļa

Kopējo stumbra nobraukto attālumu no ķīļa augšdaļas līdz zemei ​​nosaka trigonometrija:

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

Ātruma aprēķināšanai izmanto vienmērīgas taisnas kustības definīciju:

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

Atsauces

1. Rekss, A. 2011. Fizikas pamati. Pīrsons. 76 - 90.
2. Servejs, R., Jewett, J. (2008). Fizika zinātnei un inženierijai. 1. sējums. 7. Ed. Cengage mācīšanās. 120-124.
3. Servejs, R., Vulle, C. 2011. Fizikas pamati. 9. izdevums 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.