College fysik: OpenStax

by Posted on

sammanfattning

  • ange det första VILLKORET för jämvikt.
  • förklara statisk jämvikt.
  • förklara dynamisk jämvikt.

det första villkoret som krävs för att uppnå jämvikt är det som redan nämnts: den externa kraften på systemet måste vara noll. Uttryckt som en ekvation är detta helt enkelt

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

Observera att om net \ boldsymbol{F}är noll, är den externa kraften i vilken riktning som helst noll. Till exempel är netto externa krafter längs de typiska x– och y-axlarna noll. Detta skrivs som

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

Figur 1 och figur 2 illustrerar situationer där\boldsymbol{\textbf{net }F=0}för både statisk jämvikt (rörlig) och dynamisk jämvikt (konstant hastighet).

i figuren står en stationär man på marken. Hans fötter är på avstånd från varandra. Hans händer är i midjan. Den vänstra sidan är märkt som netto F är lika med noll. På höger sida visas ett fritt kroppsdiagram med en punkt och två pilar, en vertikalt uppåt märkt som N och en annan vertikalt nedåt märkt som W, från punkten.
Figur 1. Denna rörliga person är i statisk jämvikt. Krafterna som verkar på honom lägger till noll. Båda krafterna är vertikala i detta fall.
en rörlig bil visas. Fyra normala vektorer vid varje hjul visas. Vid bakhjulet visas en högerpil märkt som applicerad F. En annan pil, som är märkt som f och pekar åt vänster, mot framsidan av bilen, visas också. En grön vektor på toppen av bilen visar den konstanta hastighetsvektorn. Ett frikroppsdiagram visas till höger med en punkt. Från punkten är bilens vikt nedåt. Friktionskraftsvektor f är mot vänster och applicerad kraftvektor är mot höger. Fyra normala vektorer visas uppåt ovanför punkten.
Figur 2. Denna bil är i dynamisk jämvikt eftersom den rör sig med konstant hastighet. Det finns horisontella och vertikala krafter, men netto yttre kraft i vilken riktning som helst är noll. Den applicerade kraftfappen mellan däcken och vägen balanseras av luftfriktion, och bilens vikt stöds av de normala krafterna, här visade sig vara lika för alla fyra däcken.

det är emellertid inte tillräckligt att systemets externa kraft är noll för att ett system ska vara i jämvikt. Tänk på de två situationerna som illustreras i Figur 3 och figur 4 där krafter appliceras på en ishockeypinne som ligger platt på is. Netto extern kraft är noll i båda situationerna som visas i figuren; men i ett fall uppnås jämvikt, medan det i det andra inte är det. I Figur 3 förblir ishockeypinnen rörlig. Men i Figur 4, med samma krafter som appliceras på olika ställen, upplever pinnen accelererad rotation. Därför vet vi att den punkt där en kraft appliceras är en annan faktor för att bestämma huruvida jämvikt uppnås eller inte. Detta kommer att undersökas ytterligare i nästa avsnitt.

en hockeyklubba visas. I mitten av pinnen visas två rödfärgade kraftvektorer som pekar åt höger och den andra till vänster. Handlingslinjen för de två krafterna är densamma. Den övre delen av figuren är märkt som netto kraft F är lika med noll. På nedre högra sidan visas frikroppsdiagrammet, en punkt med två horisontella vektorer, var och en märkt F och riktad bort från punkten.
Figur 3. En ishockeypinne som ligger platt på is med två lika och motsatta horisontella krafter applicerade på den. Friktionen är försumbar, och gravitationskraften balanseras av isens stöd (en normal kraft). Netto F = 0. Jämvikt uppnås, vilket är statisk jämvikt i detta fall.
en hockeyklubba visas. De två kraftvektorerna som verkar på hockeypinnen visas, en pekar åt höger och den andra till vänster. Handlingslinjerna för de två krafterna är olika. Varje vektor är märkt som F. På toppen och botten av pinnen finns två cirkulära pilar som visar rotationsriktningen medurs. På nedre högra sidan visas frikroppsdiagrammet, en punkt med två horisontella vektorer, var och en märkt F och riktad bort från punkten.
Figur 4. Samma krafter appliceras på andra punkter och pinnen roterar—i själva verket upplever den en accelererad rotation. Här netto F = 0 men systemet är inte i jämvikt. Därför är netto F = 0 ett nödvändigt—men inte tillräckligt-villkor för att uppnå jämvikt.

Phet EXPLORATIONS: TORQUE

Undersök hur vridmoment får ett objekt att rotera. Upptäck förhållandena mellan Vinkelacceleration, tröghetsmoment, vinkelmoment och vridmoment.

bild
Figur 5. Vridmoment
  • Statik är studien av krafter i jämvikt.
  • två villkor måste uppfyllas för att uppnå jämvikt, som definieras som rörelse utan linjär eller rotationsacceleration.
  • det första villkoret som krävs för att uppnå jämvikt är att netto extern kraft på systemet måste vara noll, så att\boldsymbol{\textbf{net }F=0}.

konceptuella frågor

1: Vad kan du säga om hastigheten hos en rörlig kropp som är i dynamisk jämvikt? Rita en skiss av en sådan kropp med tydligt märkta pilar för att representera alla yttre krafter på kroppen.

2: under vilka förhållanden kan en roterande kropp vara i jämvikt? Ge ett exempel.

ordlista

statisk jämvikt ett jämviktstillstånd där netto extern kraft och vridmoment som verkar på ett system är noll dynamisk jämvikt ett jämviktstillstånd där netto extern kraft och vridmoment på ett system som rör sig med konstant hastighet är noll

Published by admin

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.