fizica Colegiului: OpenStax

by Posted on

rezumat

  • afirmă prima condiție de echilibru.
  • explicați echilibrul static.
  • explicați echilibrul dinamic.

prima condiție necesară pentru atingerea echilibrului este cea deja menționată: forța externă netă asupra sistemului trebuie să fie zero. Exprimată ca o ecuație, aceasta este pur și simplu

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

rețineți că dacă net\boldsymbol{F}este zero, atunci forța externă netă în orice direcție este zero. De exemplu, forțele externe nete de– a lungul axelor tipice x și y sunt zero. Acest lucru este scris ca

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

Figura 1 și Figura 2 ilustrează situațiile în care\boldsymbol{\textbf{net }F=0}atât pentru echilibrul static (nemișcat), cât și pentru echilibrul dinamic (viteză constantă).

în figură, un om staționar stă pe pământ. Picioarele lui sunt la distanță. Mâinile lui sunt la talie. Partea stângă este etichetată ca net F este egal cu zero. În partea dreaptă este prezentată o diagramă a corpului liber cu un punct și două săgeți, una etichetată vertical în sus Ca N și alta etichetată vertical în jos ca W, din punct.
Figura 1. Această persoană nemișcată este în echilibru static. Forțele care acționează asupra lui se adaugă la zero. Ambele forțe sunt verticale în acest caz.
este afișată o mașină în mișcare. Sunt afișați patru vectori normali la fiecare roată. La roata din spate, este afișată o săgeată spre dreapta etichetată ca F aplicată. O altă săgeată, care este etichetată ca f și indică stânga, spre partea din față a mașinii, este de asemenea afișată. Un vector verde în partea de sus a mașinii arată vectorul de viteză constantă. O diagramă a corpului liber este afișată în dreapta cu un punct. Din punct de vedere, greutatea mașinii este în jos. Vectorul forței de frecare f este spre stânga și vectorul forței aplicate este spre dreapta. Patru vectori normali sunt afișați în sus deasupra punctului.
Figura 2. Această mașină este în echilibru dinamic, deoarece se mișcă cu viteză constantă. Există forțe orizontale și verticale, dar forța externă netă în orice direcție este zero. Forța aplicată Fapp între anvelope și drum este echilibrată de frecarea aerului, iar greutatea mașinii este susținută de forțele normale, aici s-a dovedit a fi egală pentru toate cele patru anvelope.

cu toate acestea, nu este suficient ca forța externă netă a unui sistem să fie zero pentru ca un sistem să fie în echilibru. Luați în considerare cele două situații ilustrate în Figura 3 și Figura 4 în care forțele sunt aplicate pe un băț de hochei pe gheață întins pe gheață. Forța externă netă este zero în ambele situații prezentate în figură; dar într-un caz, echilibrul este atins, în timp ce în celălalt, nu este. În Figura 3, bastonul de hochei pe gheață rămâne nemișcat. Dar în Figura 4, cu aceleași forțe aplicate în locuri diferite, bățul experimentează o rotație accelerată. Prin urmare, știm că punctul în care se aplică o forță este un alt factor în determinarea atingerii sau nu a echilibrului. Acest lucru va fi explorat în continuare în secțiunea următoare.

este afișat un băț de hochei. În punctul de mijloc al bățului, sunt arătați doi vectori de forță de culoare roșie, unul îndreptat spre dreapta și celălalt spre stânga. Linia de acțiune a celor două forțe este aceeași. Partea de sus a figurii este etichetată ca forță netă F este egală cu zero. În partea dreaptă jos este prezentată diagrama corpului liber, un punct cu doi vectori orizontali, fiecare etichetat F și direcționat departe de punct.
Figura 3. Un băț de hochei pe gheață întins pe gheață cu două forțe orizontale egale și opuse aplicate. Fricțiunea este neglijabilă, iar forța gravitațională este echilibrată de suportul gheții (o forță normală). Astfel, net F = 0. Se realizează echilibrul, care este echilibrul static în acest caz.
este afișat un băț de hochei. Sunt arătați cei doi vectori de forță care acționează pe bastonul de hochei, unul îndreptat spre dreapta și celălalt spre stânga. Liniile de acțiune ale celor două forțe sunt diferite. Fiecare vector este etichetat ca F. În partea de sus și de jos a bastonului există două săgeți circulare, care arată direcția de rotație în sensul acelor de ceasornic. În partea dreaptă jos este prezentată diagrama corpului liber, un punct cu doi vectori orizontali, fiecare etichetat F și direcționat departe de punct.
Figura 4. Aceleași forțe sunt aplicate în alte puncte și bastonul se rotește—de fapt, are o rotație accelerată. Aici net F = 0 dar sistemul nu este la echilibru. Prin urmare, netul F = 0 este o condiție necesară—dar nu suficientă—pentru atingerea echilibrului.

explorări PHET: cuplu

investigați modul în care cuplul determină rotirea unui obiect. Descoperiți relațiile dintre accelerația unghiulară, momentul de inerție, momentul unghiular și cuplul.

imagine
Figura 5. Cuplu
  • statica este studiul forțelor în echilibru.
  • trebuie îndeplinite două condiții pentru a atinge echilibrul, care este definit ca mișcare fără accelerație liniară sau rotativă.
  • prima condiție necesară pentru atingerea echilibrului este ca forța externă netă asupra sistemului să fie zero, astfel încât\boldsymbol{\textbf{net }F=0}.

întrebări conceptuale

1: Ce puteți spune despre viteza unui corp în mișcare care este în echilibru dinamic? Desenați o schiță a unui astfel de corp folosind săgeți etichetate clar pentru a reprezenta toate forțele externe de pe corp.

2: în ce condiții poate fi un corp rotativ în echilibru? Dați un exemplu.

Glosar

echilibru static o stare de echilibru în care forța externă netă și cuplul care acționează asupra unui sistem este zero echilibru dinamic o stare de echilibru în care forța externă netă și cuplul pe un sistem care se deplasează cu viteză constantă sunt zero

Published by admin

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.