Razlaga, primeri, vaje za drugo stanje, vaje

The Drugo ravnotežno stanje Ugotavlja, da je treba vsota navora ali trenutkov, ki jih proizvajajo vse sile, ki delujejo na telo, ne glede na izračunavanje točk, razveljaviti, tako da je omenjeno telo v statičnem ali dinamičnem ravnovesju.

Označevanje navora ali trenutka sile skozi grško pismo τ, Matematično je izraženo na naslednji način:

∑ τ = 0

Slika 1. Za uravnoteženje rockerja je treba uporabiti drugo ravnotežno stanje. Vir: pxhere.

Krepka črka označuje vektorsko naravo trenutka, ki jo je treba razveljaviti glede na katero koli točko, ki je izbrana kot vrtelna središče. Na ta način je, če prekličete neto navor, zagotovljeno, da se objekt ne začne obračati ali obračati.

Če pa se je predmet že prej vrtel in neto navor nenadoma izgine, se bo vrtenje nadaljevalo, vendar s konstantno kotno hitrostjo.

Drugi ravnotežni pogoj se uporablja v povezavi s prvim pogojem, ki pravi, da mora biti vsota sil na telesu praznina, tako da se ne premika, ali če je, je z enotnim pravokotnim gibanjem:

∑ F = 0

Oba pogoja veljata za razširjena telesa, katerih dimenzije so merljive. Ko naj bi bil predmet delček, ni smiselno govoriti o rotacijah, in prvi pogoj, ki zagotavlja ravnovesje, je dovolj.

Primeri

Drugi ravnotežni pogoj je razkrit v neštetih situacijah:

Ko plezate po stopnicah

Ko podpiramo stopnišče na tleh in steni, moramo dovolj, da se drgnemo, še posebej na tleh, da zagotovimo, da stopnišče ne zdrsne. Če se poskušamo povzpeti na lestvico, podprto na mastnem, mokrem ali spolzkem tleh, ni težko predvideti, da bomo padli.

Da bi lahko samozavestno uporabljali stopnišče, je treba, da je v statičnem ravnovesju med plezanjem in ko je potrebno.

Lahko vam služi: Pluton (pritlikavi planet)

Premikanje omare

Ko želite premikati visoko pohištvo kot omaro ali kateri koli kos, katerega visok je večji od širokega, je priročno pritiskati na nizko točko, da se izognete prevračanju, na ta način je bolj verjetno, da bo pohištvo namesto tega zdrsnilo obračanja in ležanja.

V takšnih okoliščinah pohištvo ni nujno v ravnovesju, saj bi ga bilo mogoče hitro premakniti, vendar se vsaj ne bi obrnilo.

Balkoni

Balkoni, ki odlično izdelujejo stavbe, morajo biti zgrajeni, kar zagotavlja, da se, čeprav je na vrhu veliko ljudi.

Dielektrični v zunanjih električnih poljih

Pri namestitvi dielektričnega materiala v zunanje električno polje se molekule premikajo in zasukajo, da sprejmejo ravnotežni položaj, kar ustvari električno polje znotraj materiala.

Slika 2.- Brez zunanjega električnega polja so dipoli randomizirani (levo). Zunanje polje uporablja navor na dielektričnih molekulah in te so reorganizirane. Vir: Serway, r. Fizika za znanost in inženiring.

Zaradi tega učinka se zmogljivost kondenzatorja povečuje, ko se med oklepom uvede material, kot so steklo, guma, papir ali olje.

Znaki in svetilke

Običajno je, da številni prostori obesijo obvestila na steni stavbe, tako da so vidni za mimoidoče.

Plakat pritrdimo s palico in kablom, oba pritrjena na steni. Različne sile, ki delujejo, morajo zagotoviti, da plakat ne pade, za katere pride do delovanja obeh ravnotežnih pogojev.

Na ta način se lahko postavi tudi reflektor v parku, kot na naslednji sliki:

Slika 3. Svetilka statične bilance. Vir: Serway. Fizika za znanost in inženiring.

Kako izračunati neto navor ali neto trenutek sile?

Navor ali trenutek sile, označen s τ tudi M V nekaterih besedilih se vedno izračuna glede na to, da prehaja os vrtenja.

Opredeljen je kot vektorski izdelek med položajem vektorja r, to je usmerjeno iz omenjene osi do točke uporabe sile in moči F:

Vam lahko služi: termodinamično ravnovesje: razredi in aplikacije

τ = r × F

Ker je vektor, je treba izraziti navor, ki daje svojo velikost, smer in pomen. Velikost daje:

τ = rf.greh θ

Pravo pravilo za vektorski izdelek

Ko je težava v ravnini, je naslov navora pravokoten na papir ali zaslon, smer pa določa pravilo desne roke, v katerem indeks kaže proti r, Srednji prst proti F in palec signalizira v papir ali iz njega.

Slika 4. Pravilo desnega ročnega izdelka za vektorski izdelek. Vir: Wikimedia Commons.

Ko navor pokaže iz papirja, je vrtenje v nasprotni smeri igle ure in je s konvencijo dodeljen pozitiven znak. Če je namesto tega navor usmerjen v list, je vrtenje v smeri rok in negativnega znaka.

Če želite najti neto navor, je izbrana priročna točka za izračun, ki je lahko tista, v kateri je največja količina sil. V tem primeru je trenutek teh sil ničen, ker ima vektor položaja r velikosti 0.

Izberete lahko katero koli točko, ki ponuja dovolj informacij, da počistite neznano, ki zahteva, da se težava reši. Poglejmo ga podrobneje.

Vaja rešena

Reflektor naslednje slike ima 20 kg mase in je podprt z vodoravno tanko palico, zaničevalne mase in dolžine L, ki je artikulirana na objavo. Tudi kabel, ki pomaga vzdrževati reflektor, tvori kot θ = 30 ° s palico. Izračunati:

a) napetost v kablu

b) velikost sile f, ki jo post izvaja na palici skozi tečaj.

Rešitev

Uporabili bomo prvi ravnotežni pogoj ∑ F = 0 na sile, prikazane na diagramu:

Vam lahko služi: absorbirana toplota: formule, kako jo izračunati in rešiti vaje

F + T + W = 0

Upoštevajte, da je velikost in smer F Še ni treba določiti, vendar predvidevamo, da ima dve komponenti: F_x in f_in. Na ta način dobimo dve enačbi:

F_x -T. cos θ = 0

F_in - W + t⋅ sin θ = 0

Zdaj pa uporabimo drugo ravnotežno stanje, izberemo točko A, saj ne vemo, kakšno velikost F niti tistega T. Pri izbiri te točke vektor r_Do je ničen, torej trenutek F je praznina in velikost F Ne bo prikazano v enačbi:

-W⋅l + t⋅sen θ⋅l = 0

Zato:

T.greh θ.L = w.L

T = w/sena θ = (20 kg x 9.8 m/s²) / Greh 30 ° = 392 n

Če poznamo velikost T, lahko razčistimo komponento F_x:

F_x = T⋅ cos θ = 392 cos 30º n = 339. 5 n

In nato komponenta f_in:

F_in = W - t⋅ sin θ = (20 kg x 9.8 m/s²) - 392⋅sen 30 ° = 0

Potem lahko izrazimo F Tako:

F = 339.5 n x

Zato je horizontalna sila. To je zato, ker menimo, da je bil bar zaničljiva teža.

Če je bila za izračun nastalega trenutka izbrana točka C, vektorji r_T in r_W Zato so nične:

M = f_Y⋅L = 0

Sklenjeno je, da je F_in = 0. Tako:

- W + t⋅ sin θ = 0

T = w/ sin θ

Ki je enak rezultat, pridobljen z izbiro točke A kot mesto, kjer prehaja os vrtenja.

Teme, ki jih zanimajo

Ravnotežni pogoji.

Stanje prvega ravnotežja.

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. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 1. 7. Ed. Cengage učenje.