Høyskolefysikk: OpenStax

by Posted on

Sammendrag

  • Angi den første betingelsen for likevekt.
  • Forklar statisk likevekt.
  • Forklar dynamisk likevekt.

den første betingelsen som er nødvendig for å oppnå likevekt er den som allerede er nevnt: netto ekstern kraft på systemet må være null. Uttrykt som en ligning, er dette ganske enkelt

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

Merk at hvis net \ boldsymbol{F}er null, er netto ekstern kraft i alle retninger null. For eksempel er netto eksterne krefter langs de typiske x-og y-aksene null. Dette er skrevet som

\boldsymbol {\textbf {net }F_x=0 \ textbf {og }f_y=0}

Figur 1 Og Figur 2 illustrerer situasjoner der\boldsymbol {\textbf {net }f = 0}for både statisk likevekt (ubevegelig) og dynamisk likevekt (konstant hastighet).

på figuren står en stasjonær mann på bakken. Hans føtter er på avstand fra hverandre. Hans hender er i midjen hans. Den venstre siden er merket som netto F er lik null. På høyre side vises et fritt kroppsdiagram med ett punkt og to piler, en vertikalt oppover merket Som N og en annen vertikalt nedover merket Som W, fra punktet.
Figur 1. Denne ubevegelige personen er i statisk likevekt. Kraftene som virker på ham, legger opp til null. Begge kreftene er vertikale i dette tilfellet.
en bevegelig bil vises. Fire normale vektorer pa hvert hjul er vist. På bakhjulet vises en høyrepil merket Som påført F. En annen pil, som er merket som f og peker til venstre, mot forsiden av bilen, vises også. En grønn vektor på toppen av bilen viser konstant hastighetsvektoren. Et fritt kroppsdiagram vises til høyre med et punkt. Fra punktet er vekten av bilen nedover. Friksjonskraftvektor f er mot venstre og påført kraftvektor er mot høyre. Fire normale vektorer vises oppover over punktet.
Figur 2. Denne bilen er i dynamisk likevekt fordi den beveger seg med konstant hastighet. Det er horisontale og vertikale krefter, men netto ekstern kraft i alle retninger er null. Den påførte kraften Mellom dekkene og veien er balansert av luftfriksjon, og vekten av bilen støttes av de normale kreftene, her vist seg å være lik for alle fire dekkene.

det er imidlertid ikke tilstrekkelig at netto ytre kraft i et system er null for at et system skal være i likevekt. Tenk på de to situasjonene som er illustrert i Figur 3 og figur 4 hvor krefter påføres en ishockeykølle som ligger flatt på isen. Netto ekstern kraft er null i begge situasjoner vist i figuren; men i ett tilfelle oppnås likevekt, mens det i den andre ikke er det. I Figur 3 forblir ishockeykøllen ubevegelig. Men I Figur 4, med de samme kreftene på forskjellige steder, opplever staven akselerert rotasjon. Derfor vet vi at punktet der en kraft påføres, er en annen faktor for å avgjøre om likevekt oppnås eller ikke. Dette vil bli utforsket videre i neste avsnitt.

en hockeypinne vises. På midten av pinnen vises to røde fargede kraftvektorer, en peker til høyre og den andre til venstre. Handlingslinjen til de to kreftene er den samme. Toppen av figuren er merket som netto kraft F er lik null. På nedre høyre side vises det frie kroppsdiagrammet, et punkt med to horisontale vektorer, hver merket F og rettet bort fra punktet.
Figur 3. En ishockeykølle som ligger flatt på is med to like og motsatte horisontale krefter påført den. Friksjon er ubetydelig, og gravitasjonskraften balanseres av støtten til isen (en normal kraft). Dermed er netto F = 0. Likevekt oppnås, som er statisk likevekt i dette tilfellet.
en hockeypinne vises. De to kraftvektorene som virker på hockeykøllen, vises, en peker til høyre og den andre til venstre. Handlingslinjene til de to kreftene er forskjellige. Hver vektor er merket Som F. På toppen og bunnen av pinnen er det to sirkulære piler som viser rotasjonsretningen med urviseren. På nedre høyre side vises det frie kroppsdiagrammet, et punkt med to horisontale vektorer, hver merket F og rettet bort fra punktet.
Figur 4. De samme kreftene påføres på andre punkter og pinnen roterer—faktisk opplever den en akselerert rotasjon. Her netto F = 0, men systemet er ikke i likevekt. Derfor er netto F = 0 en nødvendig—men ikke tilstrekkelig-betingelse for å oppnå likevekt.

PHET-UNDERSØKELSER: DREIEMOMENT

Undersøk hvordan dreiemoment får et objekt til å rotere. Oppdag forholdet mellom vinkelakselerasjon, treghetsmoment, vinkelmoment og dreiemoment.

bilde
Figur 5. Torque
  • Statikk er studiet av krefter i likevekt.
  • To betingelser må være oppfylt for å oppnå likevekt, som er definert til å være bevegelse uten lineær eller roterende akselerasjon.
  • den første betingelsen som er nødvendig for å oppnå likevekt er at netto ekstern kraft på systemet må være null, slik at \ boldsymbol {\textbf {net }F=0}.

Konseptuelle Spørsmål

1: Hva kan du si om hastigheten til en bevegelig kropp som er i dynamisk likevekt? Tegn en skisse av en slik kropp ved hjelp av tydelig merkede piler for å representere alle eksterne krefter på kroppen.

2: under hvilke forhold kan en roterende kropp være i likevekt? Gi et eksempel.

Ordliste

statisk likevekt en tilstand av likevekt der netto ekstern kraft og dreiemoment som virker på et system er null dynamisk likevekt en tilstand av likevekt der netto ekstern kraft og dreiemoment på et system som beveger seg med konstant hastighet er null

Published by admin

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.