főiskolai fizika: OpenStax

by Posted on

Összegzés

  • adja meg az egyensúly első állapotát.
  • magyarázza a statikus egyensúlyt.
  • magyarázza a dinamikus egyensúlyt.

az egyensúly eléréséhez szükséges első feltétel a már említett: a rendszerre gyakorolt nettó külső erőnek nullának kell lennie. Egyenletként kifejezve ez egyszerűen

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

vegye figyelembe, hogy ha a net\boldsymbol{F}nulla, akkor a nettó külső erő bármely irányban nulla. Például a tipikus x– és y-tengelyek mentén a nettó külső erők nulla. Ez a következőképpen íródott:

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

az 1.és a 2. ábra olyan helyzeteket mutat be, ahol a\boldsymbol {\textbf{net }F=0}mind a statikus egyensúly (mozdulatlan), mind a dinamikus egyensúly (állandó sebesség) szempontjából.

az ábrán egy álló ember áll a földön. A lábai távol vannak egymástól. A keze a derekán van. A bal oldalon van jelölve nettó F egyenlő nulla. A jobb oldalon egy szabad testdiagram látható egy ponttal és két nyíllal, az egyik függőlegesen felfelé N, A másik függőlegesen lefelé W jelzéssel.
1.ábra. Ez a mozdulatlan ember statikus egyensúlyban van. A rá ható erők nullára emelkednek. Ebben az esetben mindkét erő függőleges.
egy mozgó autó látható. Minden keréken négy normál vektor látható. A hátsó keréken egy jobbra mutató nyíl látható, amelyet alkalmazott F jelöl. Egy másik nyíl, amelyet f jelöléssel látnak el, és balra mutat, az autó eleje felé. Az autó tetején egy zöld vektor mutatja az állandó sebességvektort. A jobb oldalon egy szabad test diagram látható egy ponttal. A ponttól kezdve az autó súlya lefelé van. Az f súrlódási erővektor balra, az alkalmazott erővektor pedig jobbra van. Négy normál vektor látható felfelé a pont felett.
2.ábra. Ez az autó dinamikus egyensúlyban van, mert állandó sebességgel mozog. Vannak vízszintes és függőleges erők, de a nettó külső erő bármely irányban nulla. A gumiabroncsok és az út között alkalmazott fapp erőt a levegő súrlódása kiegyensúlyozza, és az autó súlyát a normál erők támogatják, itt mind a négy gumiabroncs esetében egyenlőnek tűnik.

nem elegendő azonban, ha egy rendszer nettó külső ereje nulla ahhoz, hogy egy rendszer egyensúlyban legyen. Vegyük figyelembe a 3.és a 4. ábrán bemutatott két helyzetet, amikor erők hatnak a jégen fekvő jégkorong-botra. A nettó külső erő az ábrán látható mindkét helyzetben nulla; de az egyik esetben egyensúly érhető el, míg a másikban nem. A 3. ábrán a jégkorong bot mozdulatlan marad. De a 4. ábrán, ugyanazokkal az erőkkel, amelyeket különböző helyeken alkalmaznak, a bot gyorsított forgást tapasztal. Ezért tudjuk, hogy az erő alkalmazásának pontja egy másik tényező annak meghatározásában, hogy megvalósul-e az egyensúly. Ezt a következő szakaszban tovább vizsgáljuk.

megjelenik egy jégkorong bot. A bot középső pontján két piros színű erővektor látható, az egyik jobbra, a másik balra mutat. A két erő cselekvési vonala ugyanaz. Az ábra tetejét az F nettó erő jelöli nulla. A jobb alsó oldalon a szabad testdiagram látható, egy pont két vízszintes vektorral, mindegyik F felirattal, A ponttól távol.
3.ábra. Egy jégen fekvő jégkorong bot, két egyenlő és ellentétes vízszintes erővel. A súrlódás elhanyagolható, a gravitációs erőt pedig a jég támasztja (normál erő). Így nettó F = 0. Egyensúly érhető el, ami ebben az esetben statikus egyensúly.
megjelenik egy jégkorong bot. A hokiütőre ható két erővektor látható, az egyik jobbra, a másik balra mutat. A két erő cselekvési vonala eltérő. Minden vektort F-nek jelölünk. A bot tetején és alján két kör alakú nyíl látható, amelyek az óramutató járásával megegyező irányba mutatnak. A jobb alsó oldalon a szabad testdiagram látható, egy pont két vízszintes vektorral, mindegyik F felirattal, A ponttól távol.
4.ábra. Ugyanazokat az erőket alkalmazzák más pontokon, és a bot forog—valójában gyorsított forgást tapasztal. Itt nettó F = 0, de a rendszer nincs egyensúlyban. Ezért a nettó F = 0 szükséges—de nem elegendő-feltétel az egyensúly eléréséhez.

PhET feltárások: nyomaték

vizsgálja meg, hogy a nyomaték hogyan okozza az objektum forgását. Fedezze fel a szöggyorsulás, a tehetetlenségi nyomaték, a szögimpulzus és a nyomaték közötti kapcsolatokat.

kép
5.ábra. Nyomaték
  • a statika az egyensúlyi erők vizsgálata.
  • két feltételnek kell teljesülnie az egyensúly eléréséhez,amely lineáris vagy forgási gyorsulás nélküli mozgás.
  • az egyensúly eléréséhez szükséges első feltétel az, hogy a rendszerre ható nettó külső erőnek nullának kell lennie, így\boldsymbol{\textbf{net }F=0}.

fogalmi kérdések

1: Mit lehet mondani egy mozgó test sebességéről, amely dinamikus egyensúlyban van? Rajzolj egy vázlatot egy ilyen testről egyértelműen felcímkézett nyilakkal, hogy képviselje a test összes külső erejét.

2: milyen körülmények között lehet egy forgó test egyensúlyban? Mondj egy példát.

szószedet

statikus egyensúly olyan egyensúlyi állapot, amelyben a rendszerre ható nettó külső erő és nyomaték nulla dinamikus egyensúly olyan egyensúlyi állapot, amelyben az állandó sebességgel mozgó rendszeren a nettó külső erő és nyomaték nulla

Published by admin

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.