Universiteitsfysica: OpenStax

by Posted on

samenvatting

  • Geef de eerste evenwichtsvoorwaarde aan.
  • verklaart statisch evenwicht.
  • verklaart dynamisch evenwicht.

de eerste voorwaarde die nodig is om evenwicht te bereiken is de reeds genoemde: de netto externe kracht op het systeem moet nul zijn. Uitgedrukt als een vergelijking, is dit gewoon

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

merk op dat als net \ boldsymbol{F}nul is, dan is de netto externe kracht in elke richting nul. Bijvoorbeeld, de netto externe krachten langs de typische X-en y-assen zijn nul. Dit wordt geschreven als

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

figuur 1 en Figuur 2 illustreren situaties waarin\boldsymbol{\textbf{net }F=0}zowel voor statisch evenwicht (bewegingloos) als voor dynamisch evenwicht (constante snelheid).

In de figuur staat een stilstaande man op de grond. Zijn voeten staan op een afstand van elkaar. Zijn handen zitten in zijn middel. De linkerkant is gelabeld als net F is gelijk aan nul. Aan de rechterkant is een vrij lichaam diagram weergegeven met een punt en twee pijlen, één verticaal naar boven gelabeld als N en een andere verticaal naar beneden gelabeld als W, vanaf het punt.
figuur 1. Deze bewegingloze persoon is in statisch evenwicht. De krachten die op hem inwerken, tellen op tot nul. Beide krachten zijn in dit geval verticaal.
een rijdende auto wordt getoond. Vier normale vectoren op elk wiel worden weergegeven. Op het achterwiel ziet men een pijl naar rechts met het label F. Een andere pijl, die is gelabeld als f en wijst naar links, naar de voorkant van de auto, is ook weergegeven. Een groene vector aan de bovenkant van de auto toont de constante snelheid vector. Een vrij lichaam diagram wordt rechts weergegeven met een punt. Vanaf het punt is het gewicht van de auto naar beneden. Wrijvingskracht vector f is naar links en toegepaste kracht vector is naar rechts. Vier normale vectoren worden boven het punt getoond.
Figuur 2. Deze auto is in dynamisch evenwicht omdat hij met constante snelheid beweegt. Er zijn horizontale en verticale krachten, maar de netto externe kracht in elke richting is nul. De toegepaste kracht Fapp tussen de banden en de weg wordt in evenwicht gebracht door luchtwrijving, en het gewicht van de auto wordt ondersteund door de normale krachten, hier getoond gelijk te zijn voor alle vier de banden.

het is echter niet voldoende dat de netto externe kracht van een systeem nul is om een systeem in evenwicht te houden. Denk aan de twee situaties die in Figuur 3 en Figuur 4 worden geïllustreerd waar krachten worden uitgeoefend op een ijshockeystick die plat op ijs ligt. De netto externe kracht is nul in beide situaties weergegeven in de figuur; maar in het ene geval wordt evenwicht bereikt, terwijl in het andere niet. In Figuur 3 blijft de ijshockeystick onbeweeglijk. Maar in Figuur 4, met dezelfde krachten toegepast op verschillende plaatsen, de stok ervaart versnelde rotatie. Daarom weten we dat het punt waarop een kracht wordt uitgeoefend een andere factor is om te bepalen of evenwicht al dan niet wordt bereikt. Dit zal verder worden onderzocht in het volgende hoofdstuk.

een hockeystick wordt getoond. Op het middenpunt van de stok worden twee rood gekleurde krachtvectoren getoond, één naar rechts en de andere naar links. De actielijn van de twee krachten is hetzelfde. De top van de figuur is gelabeld als netto kracht F is gelijk aan nul. Aan de onderkant rechts het vrije lichaam diagram, een punt met twee horizontale vectoren, elk gelabeld F en gericht weg van het punt, wordt weergegeven.
Figuur 3. Een ijshockeystick liggend plat op ijs met twee gelijke en tegengestelde horizontale krachten toegepast op het. De wrijving is verwaarloosbaar en de gravitatiekracht wordt in evenwicht gebracht door de ondersteuning van het ijs (een normale kracht). Dus, netto F = 0. Evenwicht wordt bereikt, wat in dit geval statisch evenwicht is.
een hockeystick wordt getoond. De twee krachtvectoren die op de hockeystick werken worden weergegeven, één naar rechts en de andere naar links. De actielijnen van de twee krachten zijn verschillend. Elke vector is gelabeld als F. Aan de boven-en onderkant van de stok zijn twee cirkelvormige pijlen, die de richting van de rotatie met de klok mee aangeven. Aan de onderkant rechts het vrije lichaam diagram, een punt met twee horizontale vectoren, elk gelabeld F en gericht weg van het punt, wordt weergegeven.
Figuur 4. Dezelfde krachten worden toegepast op andere punten en de stok roteert—in feite, het ervaart een versnelde rotatie. Hier net F = 0 maar het systeem is niet in evenwicht. Daarom is de netto F = 0 een noodzakelijke—maar niet voldoende-voorwaarde voor het bereiken van evenwicht.

PHET EXPLORATIONS: koppel

onderzoek hoe koppel een object doet roteren. Ontdek de relaties tussen Hoekversnelling, Traagheidsmoment, impulsmoment en koppel.

afbeelding
Figuur 5. Koppel
  • statica is de studie van krachten in evenwicht.
  • aan twee voorwaarden moet worden voldaan om een evenwicht te bereiken, dat wordt gedefinieerd als beweging zonder lineaire of rotatieversnelling.
  • de eerste voorwaarde voor het bereiken van evenwicht is dat de netto externe kracht op het systeem nul moet zijn, zodat\boldsymbol{\textbf{net }F=0}.

conceptuele vragen

1: Wat kun je zeggen over de snelheid van een bewegend lichaam dat zich in dynamisch evenwicht bevindt? Teken een schets van zo ‘ n lichaam met duidelijk geëtiketteerde pijlen om alle externe krachten op het lichaam weer te geven.

2: onder welke omstandigheden kan een roterend lichaam in evenwicht zijn? Geef een voorbeeld.

verklarende woordenlijst

statisch evenwicht een evenwichtstoestand waarin de netto externe kracht en het nettokoppel die op een systeem werken gelijk zijn aan nul dynamisch evenwicht een evenwichtstoestand waarin de netto externe kracht en het nettokoppel op een systeem dat met constante snelheid beweegt gelijk zijn aan nul

Published by admin

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.