Fizyka College’ u: OpenStax

by Posted on

podsumowanie

  • podaj pierwszy warunek równowagi.
  • wyjaśnij równowagę statyczną.
  • wyjaśnij równowagę dynamiczną.

pierwszym warunkiem koniecznym do osiągnięcia równowagi jest wspomniany już warunek: siła zewnętrzna netto na układ musi wynosić zero. Wyrażone jako równanie, jest to po prostu

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

zauważ, że jeśli net\boldsymbol{F}jest równy zero, to siła zewnętrzna netto w dowolnym kierunku jest równa zero. Na przykład siły zewnętrzne netto wzdłuż typowych osi x i y wynoszą zero. Jest to zapisane jako

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

Rysunek 1 i rysunek 2 ilustrują sytuacje, w których\boldsymbol{\textbf{net }F=0}dla równowagi statycznej (nieruchomej) i równowagi dynamicznej (stałej prędkości).

na rysunku stojący mężczyzna stoi na ziemi. Jego stopy są oddalone od siebie. Ma ręce w pasie. Lewa strona jest oznaczona jako netto F równa się zero. Po prawej stronie pokazany jest diagram swobodnego ciała z jednym punktem i dwiema strzałkami, jedną pionowo w górę oznaczoną jako N, A drugą pionowo w dół oznaczoną jako W, od punktu.
Rysunek 1. Ta nieruchoma osoba jest w równowadze statycznej. Siły działające na niego sumują się do zera. W tym przypadku obie siły są pionowe.
pokazano poruszający się samochód. Pokazano cztery wektory normalne na każdym kole. Na tylnym kole pokazana jest strzałka w prawo oznaczona jako zastosowane F. Kolejna strzałka, która jest oznaczona jako f i wskazuje w lewo, w kierunku przodu samochodu, jest również pokazana. Zielony wektor na górze samochodu pokazuje stały wektor prędkości. Diagram swobodnego ciała jest pokazany po prawej stronie z punktem. Od punktu, waga samochodu jest w dół. Wektor siły tarcia f jest skierowany w lewo, a wektor siły przyłożonej w prawo. Cztery normalne wektory są pokazane w górę nad punktem.
Rysunek 2. Ten samochód jest w dynamicznej równowadze, ponieważ porusza się ze stałą prędkością. Istnieją siły poziome i pionowe, ale siła zewnętrzna netto w dowolnym kierunku wynosi zero. Przyłożona siła Fapp między oponami a drogą jest równoważona przez tarcie powietrzne, a masa samochodu jest wspierana przez normalne siły, tutaj pokazane jako równe dla wszystkich czterech opon.

jednak nie jest wystarczające, aby siła zewnętrzna netto układu była zerowa, aby układ był w równowadze. Rozważmy dwie sytuacje przedstawione na fig. 3 i Fig. 4, w których siły są przykładane do leżącego płasko na lodzie kija hokejowego. Siła zewnętrzna netto jest zerowa w obu sytuacjach pokazanych na rysunku; ale w jednym przypadku równowaga jest osiągana, podczas gdy w drugim nie jest. Na rysunku 3 kij hokejowy pozostaje nieruchomy. Ale na rysunku 4, przy tych samych siłach przyłożonych w różnych miejscach, kij doświadcza przyspieszonego obrotu. Dlatego wiemy, że punkt, w którym przyłożona jest siła, jest kolejnym czynnikiem decydującym o osiągnięciu równowagi. Zostanie to omówione w dalszej części.

pokazano kij hokejowy. W środkowym punkcie drążka pokazane są dwa wektory siły koloru czerwonego, jeden skierowany w prawo, a drugi w lewo. Linia działania obu sił jest taka sama. Górna część rysunku jest oznaczona jako siła netto F równa się zero. W prawym dolnym rogu pokazany jest diagram ciała wolnego, punkt z dwoma poziomymi wektorami, każdy oznaczony F i skierowany od punktu.
Rysunek 3. Kij hokejowy leżący płasko na lodzie z przyłożonymi do niego dwiema równymi i przeciwległymi poziomymi siłami. Tarcie jest znikome, a siła grawitacji jest równoważona przez podparcie lodu (Siła normalna). Zatem net F = 0. Osiąga się równowagę, która w tym przypadku jest równowagą statyczną.
pokazano kij hokejowy. Pokazano dwa wektory siły działające na kij hokejowy, jeden skierowany w prawo, a drugi w lewo. Linie działania obu sił są różne. Każdy wektor jest oznaczony jako F. Na górze i na dole kija znajdują się dwie okrągłe strzałki, pokazujące zgodnie z ruchem wskazówek zegara kierunek obrotu. W prawym dolnym rogu pokazany jest diagram ciała wolnego, punkt z dwoma poziomymi wektorami, każdy oznaczony F i skierowany od punktu.
Rysunek 4. Te same siły są przykładane w innych punktach i drążek obraca się—w rzeczywistości doświadcza przyspieszonego obrotu. Tutaj net F = 0, ale układ nie jest w równowadze. W związku z tym wartość netto F = 0 jest koniecznym, ale niewystarczającym warunkiem osiągnięcia równowagi.

PHET EXPLORATIONS: TORQUE

zbadaj, w jaki sposób moment obrotowy powoduje obrót obiektu. Poznaj zależności między przyspieszeniem kątowym, momentem bezwładności, momentem pędu i momentem obrotowym.

zdjęcie
Rysunek 5. Moment obrotowy
  • statyka jest badanie sił w równowadze.
  • dla osiągnięcia równowagi muszą być spełnione dwa warunki, które definiuje się jako ruch bez przyspieszenia liniowego lub obrotowego.
  • pierwszym warunkiem koniecznym do osiągnięcia równowagi jest to, że siła zewnętrzna netto układu musi wynosić zero, tak więc\boldsymbol{\textbf{net }F=0}.

pytania koncepcyjne

1: Co można powiedzieć o prędkości poruszającego się ciała, które jest w dynamicznej równowadze? Narysuj szkic takiego ciała za pomocą wyraźnie oznaczonych strzałek, aby reprezentować wszystkie siły zewnętrzne na ciele.

2: w jakich warunkach ciało obrotowe może być w równowadze? Podaj przykład.

Słowniczek

równowaga statyczna stan równowagi, w którym zewnętrzna siła netto i moment obrotowy działające na układ jest zerowa równowaga dynamiczna stan równowagi, w którym zewnętrzna siła netto i moment obrotowy działające na układ poruszający się ze stałą prędkością są zerowe

Published by admin

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.