ПОСТУПАЛЬНА РІВНОВАГА: ВИЗНАЧЕННЯ, ДОДАТКИ, ПРИКЛАДИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Поступальний рівновагу є станом , в якому об'єкт як ціле , коли всі сили , що діють на них, зміщення, даючи в результаті чистий сила дорівнює нулю. Математично це рівнозначно тому, що F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0, де F ₁ , F ₂ , F ₃ … - задіяні сили.

Те, що тіло знаходиться в поступальній рівновазі, не означає, що воно обов'язково знаходиться в спокої. Це окремий випадок визначення, поданого вище. Об'єкт може перебувати в русі, але за відсутності прискорення це буде рівномірний прямолінійний рух.

Малюнок 1. Трансляційний баланс важливий для великої кількості видів спорту. Джерело: Pixabay.

Тож якщо тіло в спокої, воно продовжується так. І якщо він вже має рух, він матиме постійну швидкість. Взагалі рух будь-якого об’єкта - це композиція перекладів та обертань. Переклади можуть бути, як показано на малюнку 2: лінійний або криволінійний.

Але якщо одна з точок об’єкта зафіксована, то єдиний шанс, який він має рухати, - це обертання. Прикладом цього є компакт-диск, центр якого зафіксований. Компакт-диск має можливість обертатися навколо осі, яка проходить через цю точку, але не перекладати.

Коли об’єкти мають нерухомі точки або підтримуються на поверхнях, ми говоримо про посилання. Посилання взаємодіють, обмежуючи рухи, які здатний робити об’єкт.

Визначення поступальної рівноваги

Для рівноважної частинки справедливо переконатися, що:

F _R = 0

Або в підсумовуванні:

Зрозуміло, що для того, щоб тіло знаходилося в поступальній рівновазі, сили, що діють на нього, повинні певним чином компенсуватися, так що їх результат дорівнює нулю.

Таким чином об'єкт не буде відчувати прискорення, і всі його частинки знаходяться в спокої або піддаються прямолінійному перекладу з постійною швидкістю.

Тепер, якщо об’єкти можуть обертатися, вони, як правило, будуть. Ось чому більшість рухів складаються з комбінацій перекладу та обертання.

Обертання об'єкта

Коли обертальний баланс важливий, може знадобитися переконатися, що об’єкт не обертається. Тож вам доведеться вивчити, чи є крутні моменти чи моменти, що діють на нього.

Крутний момент - векторна величина, від якої залежать обертання. Він вимагає застосування сили, але важливим є і пункт застосування сили. Для уточнення ідеї розглянемо розширений об’єкт, на який діє сила F, і давайте подивимося, чи здатний він справити обертання навколо якоїсь осі O.

Вже інтуїтивно зрозуміло, що, натискаючи на об'єкт у точці P із силою F, можна змусити його обертатися навколо точки O, при обертанні проти годинникової стрілки. Але важливий і напрямок, в якому застосовується сила. Наприклад, сила, прикладена до фігури посередині, не змусить об'єкт обертатися, хоча він, безумовно, може його перемістити.

Малюнок 2. Різні способи застосування сили на великий предмет, лише на малюнку в крайньому лівому куті одержують ефект обертання. Джерело: саморобний.

Прикладення сили безпосередньо до точки O також не поверне об'єкт. Тож зрозуміло, що для досягнення обертального ефекту сила повинна застосовуватися на певній відстані від осі обертання, і лінія її дії не повинна проходити через цю вісь.

Визначення крутного моменту

Крутний момент або момент сили, позначений як τ, величина вектора, відповідальна за об'єднання всіх цих фактів, визначається як:

Вектор r спрямований від осі обертання до точки прикладання сили і важлива участь кута між r і F. Тому величина крутного моменту виражається як:

Найбільш ефективний крутний момент виникає, коли r і F перпендикулярні.

Тепер, якщо бажано, щоб не було обертань, або вони відбуваються з постійним кутовим прискоренням, необхідно, щоб сума крутних моментів, що діють на об'єкт, дорівнювала нулю, аналогічно тому, що вважалося для сил:

Умови рівноваги

Баланс означає стабільність, гармонію та рівновагу. Щоб рух об'єкта мав ці характеристики, слід застосовувати умови, описані в попередніх розділах:

1) F ₁ + F ₂ + F ₃ +…. = 0

2) τ ₁ + τ ₂ + τ ₃ +…. = 0

Перша умова гарантує поступальну рівновагу, а друга - обертальну рівновагу. Обидва повинні бути виконані, якщо об'єкт повинен залишатися в статичній рівновазі (відсутність будь-якого руху).

Програми

Умови рівноваги застосовні для багатьох споруд, оскільки коли будуються будівлі або різноманітні об’єкти, це робиться з наміром, щоб їх частини залишалися у однакових відносних положеннях один з одним. Іншими словами, об’єкт не розпадається.

Це важливо, наприклад, при будівництві мостів, які міцно тримаються під ногами, або при проектуванні житлових конструкцій, які не змінюють положення або мають тенденцію до перекидання.

Хоча вважається, що рівномірний прямолінійний рух - це надзвичайне спрощення руху, яке рідко трапляється в природі, слід пам’ятати, що швидкість світла у вакуумі є постійною, а також звуку у повітрі теж, якщо вважати середовище однорідним.

У багатьох рукотворних мобільних конструкціях важливо підтримувати постійну швидкість: наприклад, на ескалаторах та складальних лініях.

Приклади

Це класична вправа напруги, яка утримує лампу в рівновазі. Відомо, що лампа важить 15 кг. Знайдіть величини напружень, необхідних для утримання його в цьому положенні.

Малюнок 3. Рівновага лампи гарантується за допомогою умови поступальної рівноваги. Джерело: саморобний.

Рішення

Щоб вирішити це, ми орієнтуємося на вузол, де зустрічаються три струни. Відповідні діаграми вільного тіла для вузла та лампи показані на малюнку вище.

Вага лампи становить W = 5 кг. 9,8 м / с ² = 49 Н. Для того, щоб лампа була в рівновазі, достатньо для виконання першої умови рівноваги:

Напруги T ₁ і T ₂ повинні бути розкладені:

Це система з двох рівнянь з двома невідомими, відповідь яких: T ₁ = 24,5 N і T ₂ = 42,4 N.

Список літератури

1. Рекс, А. 2011. Основи фізики. Пірсон. 76 - 90.
2. Serway, R., Jewett, J. (2008). Фізика для науки та техніки. Том 1. 7 ^ма . За ред. 120-124.
3. Сервей, Р., Вулле, C. 2011. Основи фізики. 9 ^на ред. Навчання за участю у реєстрі. 99-112.
4. Тіппенс, П. 2011. Фізика: поняття та програми. 7-е видання. MacGraw Hill. 71 - 87.
5. Уокер, Дж. 2010. Фізика. Аддісон Веслі. 332 -346.