College Physics: OpenStax

by Posted on

shrnutí

  • uveďte první podmínku rovnováhy.
  • vysvětlete statickou rovnováhu.
  • vysvětlete dynamickou rovnováhu.

první podmínkou nezbytnou k dosažení rovnováhy je již zmíněná podmínka: čistá vnější síla v systému musí být nulová. Vyjádřit jako rovnici,, to je prostě

\boldsymbol{\textbf{net F}=0}

Všimněte si, že pokud net\boldsymbol{F}je nulová, pak čistý vnější síly v libovolném směru je nulová. Například čisté vnější síly podél typických OS x a y jsou nulové. Je to zapsáno jako

\boldsymbol{\textbf{net }F_x=0\textbf{ a }F_y=0}

Obrázek 1 a Obrázek 2 ilustruje situace, kdy\boldsymbol{\textbf{net }F=0}pro statické rovnováze (bez pohybu) a dynamické rovnováhy (konstantní rychlost).

na obrázku stojí na zemi stojící muž. Jeho nohy jsou od sebe vzdáleny. Ruce má v pase. Levá strana je označena jako čistá F se rovná nule. Na pravé straně je znázorněno schéma volného těla s jedním bodem a dvěma šipkami, jedna svisle nahoru označená jako N A druhá svisle dolů označená jako W, od bodu.
Obrázek 1. Tato nehybná osoba je ve statické rovnováze. Síly, které na něj působí, se zvyšují na nulu. Obě síly jsou v tomto případě vertikální.
zobrazí se pohybující se auto. Na každém kole jsou zobrazeny čtyři normální vektory. Na zadním kole je zobrazena šipka vpravo označená jako aplikovaná F. Další šipka, který je označen jako f a body vlevo, směrem k přední části vozu, je také zobrazen. Zelený vektor v horní části vozu ukazuje vektor konstantní rychlosti. Diagram volného těla je zobrazen vpravo s bodem. Z bodu je hmotnost vozu dolů. Vektor třecí síly f je směrem doleva a aplikovaný vektor síly je směrem doprava. Čtyři normální vektory jsou zobrazeny nahoru nad bodem.
Obrázek 2. Toto auto je v dynamické rovnováze, protože se pohybuje konstantní rychlostí. Existují horizontální a vertikální síly, ale čistá vnější síla v libovolném směru je nulová. Aplikovaná síla Fapp mezi pneumatikami a vozovkou je vyvážena třením vzduchu a hmotnost vozu je podporována normálními silami, zde se ukázalo, že jsou stejné pro všechny čtyři pneumatiky.

nestačí však, aby čistá vnější síla systému byla nulová, aby byl systém v rovnováze. Zvažte dvě situace znázorněné na obrázku 3 a obrázek 4, kde jsou síly aplikovány na hokejku ležící naplocho na ledě. Čistá vnější síla je nulová v obou situacích znázorněných na obrázku; ale v jednom případě je dosaženo rovnováhy, zatímco v druhém není. Na obrázku 3 zůstává hokejka nehybná. Ale na obrázku 4, se stejnými silami působícími na různých místech, hůl zažívá zrychlenou rotaci. Proto víme, že bod, ve kterém je síla aplikována, je dalším faktorem při určování, zda je dosaženo rovnováhy. To bude dále prozkoumáno v další části.

je zobrazena hokejka. Ve středním bodě hůlky jsou zobrazeny dva červeně zbarvené silové vektory, z nichž jeden směřuje doprava a druhý doleva. Linie působení obou sil je stejná. Horní část obrázku je označena jako čistá síla F se rovná nule. V pravé dolní části je zobrazen diagram volného těla, bod se dvěma vodorovnými vektory, každý označený F a směřující od bodu.
obrázek 3. Hokejka ležící naplocho na ledě se dvěma stejnými a protilehlými vodorovnými silami. Tření je zanedbatelné a gravitační síla je vyvážena podporou ledu (normální síla). Tedy čistá F = 0. Je dosaženo rovnováhy, což je v tomto případě statická rovnováha.
je zobrazena hokejka. Jsou zobrazeny dva silové vektory působící na hokejku, jeden ukazuje doprava a druhý doleva. Linie působení obou sil jsou různé. Každý vektor je označen jako F. V horní a spodní části tyče jsou dvě kruhové šipky, které ukazují směr otáčení ve směru hodinových ručiček. V pravé dolní části je zobrazen diagram volného těla, bod se dvěma vodorovnými vektory, každý označený F a směřující od bodu.
obrázek 4. Stejné síly jsou aplikovány v jiných bodech a hůl se otáčí-ve skutečnosti zažívá zrychlenou rotaci. Zde čistá F = 0, ale systém není v rovnováze. Proto je čistá hodnota F = 0 nezbytnou—ale ne dostatečnou-podmínkou pro dosažení rovnováhy.

PhET EXPLORATIONS: TORQUE

zjistěte, jak točivý moment způsobuje otáčení objektu. Objevte vztahy mezi úhlovým zrychlením, momentem setrvačnosti, momentem hybnosti a točivým momentem.

obrázek
obrázek 5. Točivý moment
  • statika je studium sil v rovnováze.
  • pro dosažení rovnováhy musí být splněny dvě podmínky, které jsou definovány jako pohyb bez lineárního nebo rotačního zrychlení.
  • první podmínkou pro dosažení rovnováhy je, že čistá vnější síla na systém musí být nulová, takže\boldsymbol {\textbf{net }F=0}.

Koncepční Otázky

1: Co můžete říci o rychlosti pohybujícího se tělesa, které je v dynamické rovnováze? Nakreslete náčrt takového těla pomocí jasně označených šipek, které představují všechny vnější síly na těle.

2: za jakých podmínek může být rotující tělo v rovnováze? Uveďte příklad.

Glosář

statické rovnováhy rovnovážný stav, v němž čistý vnější síly a momentu působící na systém je nulová dynamická rovnováha rovnovážný stav, v němž čistý vnější síly a točivého momentu na systému, pohybující se konstantní rychlost je nula.

Published by admin

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.