Pojasnilo stanja prvega ravnotežja, primeri, vaje

The Stanje prvega ravnotežja Zahteva, da je sumptorialni vektor vseh sil, ki delujejo na telo, ničen, tako da je v mirovanju (statično ravnovesje) ali z enakomernim pravokotnim gibanjem (dinamično ravnovesje).

Ta vsota sil ni nič drugega kot neto sila, ki deluje na telo, kar matematično izraža ta način:

F_Mreža = 0

∑ F = 0

Slika 1. Graditelji antike so že uporabili prvo ravnotežno stanje, kot je razvidno iz spomenika Stonehenge. Vir: Pixabay.

V vesolju prvo ravnotežno stanje povzroči tri enačbe, po eno za vsako dimenzijo:

∑ f_x = 0; ∑ f_in = 0 in ∑ f_z = 0

Ko so te enačbe izpolnjene, se predmet ne premakne ali če bo, bo s konstantno hitrostjo.

Če opažamo okoli nas.

Zato si želi kompenzirati gravitacijsko privlačnost Zemlje s podporo, vrvi ali podpori nekaterih, tako da stvari ostanejo na mestu in ne gredo na tla.

Drugič, kar je potrebno, je preprečiti, da bi zunanja elektromagnetna polja posegala v delovanje električnih vezij in komunikacijskih naprav. V tem primeru morajo biti električni naboji v ravnovesju.

[TOC]

Primeri

Veliko število vsakodnevnih predmetov izpolnjuje prvi ravnotežni pogoj, gre za natančno opazovanje:

Stavbe

Gradbeniki iščejo stabilnost v konstrukcijah, tako da uporabniki ostanejo varni. Cilj statike je preučiti pogoje za statično ravnovesje v stavbah, mostovih, cestah in vseh vrstah struktur.

Higafore in viseča opozorila

Te signalne naprave morajo ostati fiksne, da izpolnijo svoje funkcije, zato so podvržene kablim, postojankam in palici tako, da je izpolnjeno stanje prvega ravnotežja.

Lahko vam služi: tretji zakon termodinamike: formule, enačbe, primeriSlika 2. Semaforji in viseča opozorila so predmet tako, da izpolnjuje prvo ravnotežno stanje. Vir: Pxfuel.

Elektrostični vozniki ravnotežjapenthouse

Ko prevodni materiali, kot so baker in druge kovine, pridobijo električni naboj, se elektrostatično ravnovesje v kratkem vzpostavi, tako da presežek obremenitve pusti na prevodni površini. Znotraj električnega polja je nič.

Ta učinek se pogosto uporablja za izolacijo električne in elektronske opreme zunanjih polj, s tako imenovano kletko Faraday. Kletka je narejena iz prevodnega materiala in obdaja opremo, ki jo je treba zaščititi.

Med nevihtami avtomobili služijo v kletkah Faraday z zaščito potnikov pred električnimi pretresi.

Stropne svetilke

V sistemih za razsvetljavo, kot so viseče svetilke, se uporablja prvo stanje ravnotežja, da jih pritrdi na streho, na tla ali steno.

Slika 3. Izpopolnjena strešna svetilka, imenovana "pajki", izpolnjuje prvo ravnotežno stanje. Vir: Pixabay.

Knjige in predmeti na tabelah

Predmeti, nameščeni na mizah in policah, izpolnjujejo prvo stanje ravnotežja. Običajna sila, ki jo podpora izvaja na predmetih, je odgovorna za kompenzacijo teže.

Merilo viskoznosti tekočine

Za določitev viskoznosti tekočine sferični objekt znanega premera, ki bo njegovo hitrost videl zaradi odpornosti. Hitrost krogle je konstantna, v dinamičnem ravnovesju.

Večja viskoznost tekočine, manj hitrosti, s katero se krogla premika v notranjosti.

Koraki za uporabo prvega ravnotežnega pogoja

-Naredite brezplačni karoserijski diagram, ki prikazuje vse sile, ki delujejo na telesu (izpustite tisto, kar telo izvaja drugim).

Lahko vam služi: fizika v srednjem veku

-Izberite kartezijanski koordinatni sistem in zagotovite, da so sile, če je mogoče, na kateri koli osi. Pozitiven naslov se običajno sprejme v smislu gibanja ali možnega gibanja.

-Določite kartezijanske komponente vsake sile.

-Uporabite Newtonov drugi zakon za vsako komponento, kot je bilo ustanovljeno na začetku, obstaja sistem enačb.

-Rešite sistem enačb, ki so bili postavljeni v prejšnjem koraku.

Rešene vaje

- Vaja rešena 1

Blok figure, mase m, Se premika navzdol na kotni ravnini θ s konstantno hitrostjo. Izračunajte vrednost koeficienta kinetičnega trenja μ_k, Če je masa bloka m = 5 kg in θ = 37 °.

Slika 4. Blok drsi s konstantno hitrostjo na nagnjeni ravnini. Vir: f. Zapata.

Rešitev

Prvi korak je, da narišete brezplačni diagram telesa in izberete kartezijanski koordinatni sistem, ki bo izrazil vsak vektor sile. Sile, ki delujejo na blok, so:

Slika 5. Brezplačni karoserijski diagram za blok. Vir: f. Zapata.

-Normalno N Ukvarja z nagnjeno ravnino, je pravokotna na površino tega.

-Teža W Usmerjena je navpično navzdol.

-Kinetično trenje F_k ki nasprotuje gibanju. Če ne bi bilo, bi se telo premaknilo navzdol s pospeševanjem g.Senθ.

Kot teža W Nagnjen je glede na izbrane koordinatne osi, razčleniti ga je treba na svoje kartezijske komponente:

W_x = mg.Sen 37 ° = 5 kg x 9,8 m/s² x sin 37 ° = 29. 5 n
W_in = mg.cos 37 ° = 5 kg x 9,8 m/s² x cos 37 ° = 39.1 n

Zdaj je uporabljen drugi zakon Newtona, ki vsako vsoto ustreza na 0, saj blok pri premikanju s konstantno hitrostjo manjka pospeševanje:

∑ f_in = N - w_in = 0
∑ f_x = W_x - F_k = 0

Obseg kinetičnega trenja je sorazmerna z velikostjo normale, ki je kinetični koeficient trenja μ_k Konstantna sorazmernost.

Lahko vam služi: absolutni tlak: formula, kako je izračunan, primeri, vaje

F_k = μ_k N

Ob istem času:

N = w_in = 39.1 n

In tudi:

F_k = W_x

Zato:

29. 5 n = μ_k X 39.1 n

μ_k = 29. 5/39.1 = 0.75

- Vaja Rešena 2

Izračunajte velikost napetosti, ki podpirajo masni semafor 33 kg, prikazano na sliki:

Slika 6. Semafor visi s kabli. Vir: Giancoli. Fizika z aplikacijami.

Rešitev

Diagram prostega telesa je narejen tako za semafor kot za vozel, ki vsebuje kable:

Slika 7. Brezplačen karoserijski diagram za vajo razrešen 2. Vir: f. Zapata.

Prometna luč

O tem delu: napetost t₃ gor in teža w navzdol. Zato:

∑ f_in = W - T₃ = 0

Zato:

T₃ = 33 kg x 9.8 m/s² = 323.4 n

Vozel

Napetosti se razbijejo v svojih kartezijanskih komponentah:

∑ f_in = T₁ Sen 53 ° + t₂ Sen 37 ° - t₃ = 0
∑ f_x = T₂ Cos 37 ° - t₁ Cos 53 ° = 0

In dobimo naslednji sistem linearnih enačb z dvema neznankoma₁  in t₂ :

- 0.6 t₁ + 0.8 t₂ = 0
0.8 t₁ + 0.6 t₂ = 323.4

Rešitev tega sistema enačb je: t₁ = 258.7 N in T₂ = 194.0 n

Teme, ki jih zanimajo

Ravnotežni pogoji.

Drugo ravnotežno stanje.

Reference

1. Bedford, 2000. Do. Mehanika za inženiring: statična. Addison Wesley.
2. Figueroa, d. (2005). Serija: Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 4. Sistemi delcev. Uredil Douglas Figueroa (USB).
3. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. Ed. Zvezek 1.
5. Wikipedija. Statični (mehanski). Okrevano od: je.Wikipedija.org.